一种超短基线水声定位系统的静态校准方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超短基线水声定位系统的静态校准方法。它包括如下步骤：建立船体坐标系，记为CRP坐标系；将所述换能器自身建立的坐标系记为Tcvr坐标系；在船体的船舷处向水下吊放若干个应答器，记录每个应答器在CRP坐标系中的坐标，记为A(CRP横距，CRP纵距)；同时记录每个应答器在Tcvr坐标系中的坐标，记为B(Tcvr横距，Tcvr纵距)；按照下述公式计算得到每个应答器在CRP坐标系与Tcvr坐标系之间的角度偏差，记为Heading；Heading＝arctan(Tcvr横距/Tcvr的纵距)-arctan(CRP横距/CRP纵距)；取若干个应答器在CRP坐标系与Tcvr坐标系之间的角度偏差的平均值即可。本发明专利技术方法扩大超短基线针对不同施工船只的适用范围，尤其是解决了不具有航行能力或者航行能力较差的施工船无法完成常规动态校准的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超短基线水声定位系统的静态校准方法，属于水下目标定位

技术介绍
超短基线系统一般包括两部分：声学部分(安装于船体上放置于水下的声学换能器、安装在水下目标上的声学应答器)、外接传感器(安装于船体上GPS传感器、艏向传感器和姿态传感器)。后者用来将水下声学系统测得的水下目标相对位置转换为目标在绝对地理坐标系中的位置。由于在安装过程中，声学系统与外接传感器的坐标系统并不完全重合，他们之间存在系统偏差，这些系统偏差是导致超短基线系统定位误差的一个重要原因。超短基线作为一种目前被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等诸多方面的水下声学定位系统，其硬件系统安装校准的方法和适用性关系到定位工作的准确性。如何针对这些系统偏差提供快速、有效、适用的校准方法就显得尤为重要。常规校准方法需要施工船只有较好的自航性能，通过按照计划测线航行采集数据完成系统校准(因为需要自主航行，我们将这种方法称为动态校准方法)。在实际的海上工程项目中，相当一部分浅水区施工船只并不具备航行能力或者航行能力较差，需要额外的拖船拖带其至施工海区开展作业，这一类船只就无法完成常规的动态校准，需要研究和分析适用的静态校准方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超短基线水声定位系统的静态校准方法，该方法适用于浅水区作业的不具有航行能力或者航行能力较差的施工船，解决了不具有航行能力或者航行能力较差的施工船无法完成常规动态校准的问题。本专利技术提供的超短基线水声定位系统静态校准方法，包括如下步骤：1)将船体水平固定在水平面上，将超短基线水声定位系统中的换能器(Transceiver，简称Tcvr)固定于所述船体的船舷外侧且位于水下；沿所述船体的甲板的垂直方向，以所述换能器与所述甲板所在的平面的交点作为原点，建立船体坐标系，记为CRP坐标系；所述CRP坐标系的纵轴为与外接艏向传感器提供的方向所在的轴线平行的轴线，所述艏向传感器提供的方向作为所述纵轴的正方向，所述艏向传感器平行于所述换能器所在船舷的方向设置；所述CRP坐标系的横轴为垂直于所述纵轴的轴线，根据右手法则确定所述横轴的正方向，且所述横轴与所述纵轴平行于所述甲板所在的平面；将所述换能器自身建立的坐标系记为Tcvr坐标系；(2)在所述船体的船舷处向水下吊放若干个应答器，记录每个所述应答器在所述CRP坐标系中的坐标，记为A(CRP横距，CRP纵距)；同时记录每个所述应答器在所述Tcvr坐标系中的坐标，记为B(Tcvr横距，Tcvr纵距)；(3)按照下述公式(1)计算得到每个所述应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差，记为Heading；Heading＝arctan(Tcvr横距/Tcvr的纵距)-arctan(CRP横距/CRP纵距)(1)；取所述若干个应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差的平均值，至此，完成对所述超短基线水声定位系统的校准。上述校准方法，步骤(1)中，采用向所述船体四周抛锚的方式对所述船体进行固定。施工船只在施工前借助拖船向四周抛出多根锚缆从而固定船只，可保证船体作业时水平固定在水平面上。因此，在这种情况下仅需要对所述外接艏向传感器与所述换能器自身艏向之间的角度偏差进行校准。所述换能器固定在所述船体的船舷边，安装时应尽量靠近有待定位的水下目标。上述校准方法中，所述艏向传感器可为电罗经、磁罗经和光纤罗经中的任一种。上述校准方法中，在所述船体的船舷处向水下吊放至少4个所述应答器，以确保校准的准确性。上述校准方法中，所述应答器的吊放位置设于远离所述换能器的一端。因为吊放下水的应答器受潮水和浪涌的影响，所述应答器在所述CRP坐标系中的坐标A(CRP横距，CRP纵距)及在所述Tcvr坐标系中的坐标B(Tcvr横距，Tcvr纵距)会发生轻微变化。CRP横距、CRP纵距、Tcvr横距和Tcvr纵距的值越大，对所述应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差的影响越小，因此，所述应答器的吊放位置应尽可能远离所述换能器。上述校准方法中，当所述应答器在所述CRP坐标系中的坐标与在所述Tcvr坐标系中的坐标不在一个象限时，将所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差加上或者减去180度。本专利技术超短基线水声定位系统静态校准方法具有如下优点：(1)扩大超短基线针对不同施工船只的适用范围，尤其是解决不具有航行能力或者航行能力较差的施工船无法完成常规动态校准的问题；(2)校准时间短，一般来说校准工作可在一小时内完成，施工船只抵达施工现场抛锚固定后可以快速开展水下定位作业；(3)节约船只燃料，进行动态校准需要船只按照设计测线航行收集数据，采用本专利技术可以解决燃料动力费。附图说明图1为施工船的俯视示意图，其中α为水下应答器在CRP坐标系所在的平面上偏离CRP坐标系中纵轴正方向的角度，β为水下应答器在Tcvr坐标系所在的平面上偏离Tcvr坐标系中纵轴正方向的角度。图2为实施例中信标吊放位置示意图。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下面结合说明书附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于下述实施例。如图1所示，施工船向借助拖船向四周抛出多根锚缆从而固定船只，通过这种方式可基本保证船体作业时的水平稳定性。在船尾的船舷外侧安装超短基线水声定位系统中的换能器(Tcvr)，沿船体的甲板的垂直方向，以换能器与甲板所在的平面的交点作为原点，建立船体坐标系，记为CRP坐标系；CRP坐标系的纵轴为与外接艏向传感器提供的方向所在的轴线平行的轴线，艏向传感器提供的方向作为纵轴的正方向，记为CRP的纵方向，艏向传感器平行于换能器所在船舷的方向设置；CRP坐标系的横轴为垂直于纵轴的轴线，根据右手法则确定横轴的正方向，且横轴与纵轴平行于甲板所在的平面，记为CRP的横方向。超短基线声学系统中的换能器自身建立的坐标系，记为Tcvr坐标系，其纵轴方向记为Tcvr的纵方向，横轴方向记为Tcvr的横方向。在船体宽度方向船舷处向水下吊放一应答器，记录应答器在CRP坐标系中的坐标，记为A(CRP横距，CRP纵距)，则应答器在CRP坐标系所在的平面上偏离CRP坐标系中纵轴正方向的角度α＝arctan(CRP横距/CRP纵距)；在超短基线定位系统的软件中读取应答器在Tcvr坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超短基线水声定位系统的静态校准方法，包括如下步骤：1)将船体水平固定在水平面上，将超短基线水声定位系统中的换能器固定于所述船体的船舷外侧且位于水下；沿所述船体的甲板的垂直方向，以所述换能器与所述甲板所在的平面的交点作为原点，建立船体坐标系，记为CRP坐标系；所述CRP坐标系的纵轴为与外接艏向传感器提供的方向所在的轴线平行的轴线，所述艏向传感器提供的方向作为所述纵轴的正方向，所述艏向传感器平行于所述换能器所在船舷的方向设置；所述CRP坐标系的横轴为垂直于所述纵轴的轴线，根据右手法则确定所述横轴的正方向，且所述横轴与所述纵轴平行于所述甲板所在的平面；将所述换能器自身建立的坐标系记为Tcvr坐标系；(2)在所述船体的船舷处向水下吊放若干个应答器，记录每个所述应答器在所述CRP坐标系中的坐标，记为A(CRP横距，CRP纵距)；同时记录每个所述应答器在所述Tcvr坐标系中的坐标，记为B(Tcvr横距，Tcvr纵距)；(3)按照下述公式(1)计算得到每个所述应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差，记为Heading；Heading＝arctan(Tcvr横距/Tcvr的纵距)‑arctan(CRP横距/CRP纵距)(1)；取所述若干个应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr坐标系之间的角度偏差的平均值，至此，完成对所述超短基线水声定位系统的校准。...

【技术特征摘要】
1.一种超短基线水声定位系统的静态校准方法，包括如下步骤：
1)将船体水平固定在水平面上，将超短基线水声定位系统中的换能器固定于所
述船体的船舷外侧且位于水下；沿所述船体的甲板的垂直方向，以所述换能器与所述
甲板所在的平面的交点作为原点，建立船体坐标系，记为CRP坐标系；
所述CRP坐标系的纵轴为与外接艏向传感器提供的方向所在的轴线平行的轴线，
所述艏向传感器提供的方向作为所述纵轴的正方向，所述艏向传感器平行于所述换能
器所在船舷的方向设置；
所述CRP坐标系的横轴为垂直于所述纵轴的轴线，根据右手法则确定所述横轴的
正方向，且所述横轴与所述纵轴平行于所述甲板所在的平面；
将所述换能器自身建立的坐标系记为Tcvr坐标系；
(2)在所述船体的船舷处向水下吊放若干个应答器，记录每个所述应答器在所
述CRP坐标系中的坐标，记为A(CRP横距，CRP纵距)；同时记录每个所述应答器
在所述Tcvr坐标系中的坐标，记为B(Tcvr横距，Tcvr纵距)；
(3)按照下述公式(1)计算得到每个所述应答器在所述CRP坐标系与所述Tcvr
坐标系之间的角度偏差，记为Heading；
Heading＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤石，
申请(专利权)人：中海油信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44