基于大型海上浮台的水下长基线定位系统技术方案

本申请公开了一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，包括设置在水下目标上的水下定位系统和设置在水面浮台上的水面应答系统，水下定位系统包括：发射换能器，用于发送定位请求信号；水听器，用于接收应答信号，供第一处理模块解析生成水下目标的坐标；水面应答系统包括：水面定位模块，用于生成水面浮台的坐标；姿态传感器，用于根据浮台的坐标生成应答器的坐标，将坐标信息传递给第二处理模块；应答器，用于接收定位请求信号，供第二处理模块解析生成应答信号。以水面浮台作为搭载平台，将长基线定位基阵部署在水面上，浮台具有稳定性高、能源保障能力强等特点，能够长期部署，可实现水下目标的长期定位导航。

Underwater long baseline positioning system based on large offshore platform

This application discloses an underwater long baseline positioning system based on a large offshore platform, which includes an underwater positioning system on an underwater target and a water surface response system on a water surface platform. The underwater positioning system includes a transmitting transducer for transmitting a positioning request signal and a hydrophone for receiving a response signal. For the first processing module to analyze and generate the coordinates of underwater targets; the water surface response system includes: the water surface positioning module to generate the coordinates of the water surface platform; the attitude sensor to generate the coordinates of the transponder according to the coordinates of the floating platform, and to transmit coordinate information to the second processing module; the transponder to receive positioning requests The signal is parsed by the second processing module to generate a response signal. The long baseline positioning array is deployed on the water surface with the floating platform as the carrier platform. The floating platform has the characteristics of high stability and strong energy support ability. It can be deployed for a long time and can realize long-term positioning and navigation of underwater targets.

【技术实现步骤摘要】
基于大型海上浮台的水下长基线定位系统
本公开一般涉及海工领域，具体涉及在指定海域对水下目标定位与导航领域，尤其涉及一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统。
技术介绍
水下目标的定位与导航广泛的应用于军、警、民等各个领域，是海洋科考、水下施工、海洋资源开发等活动中不可或缺的技术。目前，水下目标定位的主要手段是依赖于几何原理的水声学定位方法。这类方法依据测量基线的长度，可分为超短基线、短基线和长基线方式，每种方式有各自的优缺点。长基线水声定位系统的基线长度从几百米到几千米不等，以一定的几何形状，在海底布设三个以上的阵元，组成海底定位基阵，被测目标位于基阵的测量范围内，通过测量水下目标声源与各个阵元的时延差，解算目标的坐标和距离。长基线方式较超短基线和短基线方式定位精度高，作用范围大，测量基阵安装校准精度要求相对较低，但目前的长基线水声定位系统存在如下缺陷：1、声基阵庞大，大量的水下或海底设施造成校准、布放、回收、使用和维护的极大困难，无法为水下目标的定位提供准确参考点；2、为保证信号的同步，传统长基线定位系统多是由目标主动发射信号，海底基阵接收，在基阵端进行目标坐标解算，这样的工作模式不利于水下目标实时了解自身位置；3、能源保障能力难以满足定位系统长期、连续工作的需求；4、海底应答器水下部署难度较大，容易产生海底较大移位，不利于大地坐标标定。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统。本技术提供一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，包括：水下定位系统和至少四个水面应答系统，所述水下定位系统设置在水下目标上，所述水面应答系统设置在水面浮台上；所述水下定位系统包括：发射换能器，用于发送定位请求信号；以及水听器，用于接收应答信号，将所述应答信号传递给第一处理模块供解析生成水下目标的坐标信息；所述水面应答系统包括：水面定位模块，用于生成水面浮台的坐标信息；姿态传感器，用于根据所述浮台的坐标信息生成应答器的坐标信息，将所述应答器的坐标信息传递给第二处理模块；应答器，用于接收所述定位请求信号，将所述定位请求信号传递给所述第二处理模块供解析生成所述应答信号。优选的，所述水下定位系统还包括压力传感器，用于获取所述水下目标的深度信息。优选的，所述水面定位模块包括GPS定位模块或北斗定位模块。优选的，所述水听器用于接收至少四个水面应答系统输出的应答信号，并将至少四个所述应答信号传递给第一处理模块供解析生成水下目标的坐标信息。优选的，所述应答信号包括应答器的坐标、水面应答系统编号信息和应答信号发送时刻信息。优选的，所述应答信号还包括定位请求信号接收时刻信息。优选的，所述应答信号设置为COSTAS跳频信号。优选的，所述应答器设置在水面以下的深度为2-9米。优选的，所述水面浮台上还设置有向所述水面应答系统供电的能源装置，所述能源装置包括太阳能发电装置、波浪能发电装置、发电机、蓄电池中的一种或多种。根据本申请实施例提供的技术方案，利用大型海面浮台作为搭载平台，将长基线定位基阵部署在水面上，大型海面浮台具有稳定性高、能源保障能力强等特点，能够长期部署，可实现区域水下目标的长期定位导航；示例地，应答器设置在水面之下，应答器与发射换能器之间可以通过水下信道传输，浮台入水深度大，相应地应答器部署在较深位置，在一定程度上降低了系统的噪声影响，提高了系统的稳定性；示例地，引入GPS、北斗等定位模块，能够准确的定位水面应答系统的位置，为水下定位系统提供更为准确的参考点。示例地，应答信号设置为COSTAS跳频信号，伪随机序列作为扩频码，提高水下定位系统接收信号时的抗混叠能力。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本技术实施例提供的基于大型海上浮台的水下长基线定位系统的结构示意图；图2为本技术实施例提供的基于大型海上浮台的水下长基线定位系统中水下定位系统的结构示意图；图3为本技术实施例提供的基于大型海上浮台的水下长基线定位系统中水面应答系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关技术，而非对该技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。本申请所提供的水下长基线定位系统利用“水声应答测距、空间球面交汇定位”原理进行水下目标的位置测定。定位数学模型主要有：球定位系统模型(应答信号发射时刻和接收时刻均已知且能保证同步，位置坐标可利用同步线性算法解算)、双曲面定位系统模型(应答信号发射时刻未知或无法做到发射、接收时刻同步，位置坐标可利用同步非线性算法解算)等，通常根据不同的工作方式选定不同的数学模型。请参考图1至图3，本技术的实施例提供一种或多种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，包括：水下定位系统和至少四个水面应答系统，水下定位系统设置在水下目标上，水面应答系统设置在水面浮台上；水下定位系统包括：发射换能器，用于发送定位请求信号；水听器，用于接收应答信号并传递给第一处理模块；第一处理模块，用于解析应答信号，生成水下目标的坐标信息；水面应答系统包括：水面定位模块，用于生成浮台的坐标信息；姿态传感器，用于根据浮台的坐标信息生成应答器的坐标信息，将应答器的坐标信息传递给第二处理模块；应答器，用于接收定位请求信号，并将定位请求信号传递给第二处理模块；第二处理模块，用于解析定位请求信号，并响应于定位请求信号发送应答信号。在本实施例中，在水面上布置三个以上的浮台，每个浮台上设置有水面应答系统，在水下目标上设置水下定位系统。水面应答系统接收附近水下目标上的水下定位系统发出的定位请求信号，并进行应答；水下定位系统接收周边三个以上水面应答系统发出的信号，利用长基线定位原理解算自身坐标，实现定位与导航。进一步地，用于解析应答信号，生成水下目标的坐标包括：解析至少四个水面应答系统发送的应答信号，根据各个应答信号生成水下目标的坐标。水听器接收附近三个以上的水面应答系统发送的应答信号，根据工作模式可选用球定位系统模型或双曲面定位系统模型进行自身位置坐标解算，生成水下目标的坐标，实现水下目标的定位与导航。进一步地，水下定位系统还包括压力传感器，用于获取水下目标的深度信息。进一步地，水面定位模块包括GPS定位模块或北斗定位模块。在本技术的实施例中，水面浮台能够通过GPS模块或北斗定位模块确定自身坐标位置，由于应答器在水下布放，GPS等定位系统在水上布放，两者位置存在差异，需通过姿态数据、距离数据等对发射换能器的位置进行计算，常用的坐标计算方法为坐标旋转法和距离交汇法。进一步地，应答信号包括应答器的坐标、水面应答系统编号信息和应答信号发送时刻信息。进一步地，应答信号还包括定位请求信号接收时刻信息。进一步地，应答信号设置为COSTAS跳频信号。采用伪随机序列作为扩频码，提高水下定位系统接收信号时的抗混叠能力。进一步地，应答器设置在水面以下的深度为2-9米。本实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，其特征在于，包括：水下定位系统和至少四个水面应答系统，所述水下定位系统设置在水下目标上，所述水面应答系统设置在水面浮台上；所述水下定位系统包括：发射换能器，用于发送定位请求信号；以及水听器，用于接收应答信号，将所述应答信号传递给第一处理模块供解析生成水下目标的坐标信息；所述水面应答系统包括：水面定位模块，用于生成水面浮台的坐标信息；姿态传感器，用于根据所述浮台的坐标信息生成应答器的坐标信息，将所述应答器的坐标信息传递给第二处理模块；应答器，用于接收所述定位请求信号，将所述定位请求信号传递给所述第二处理模块供解析生成所述应答信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，其特征在于，包括：水下定位系统和至少四个水面应答系统，所述水下定位系统设置在水下目标上，所述水面应答系统设置在水面浮台上；所述水下定位系统包括：发射换能器，用于发送定位请求信号；以及水听器，用于接收应答信号，将所述应答信号传递给第一处理模块供解析生成水下目标的坐标信息；所述水面应答系统包括：水面定位模块，用于生成水面浮台的坐标信息；姿态传感器，用于根据所述浮台的坐标信息生成应答器的坐标信息，将所述应答器的坐标信息传递给第二处理模块；应答器，用于接收所述定位请求信号，将所述定位请求信号传递给所述第二处理模块供解析生成所述应答信号。2.根据权利要求1所述的基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，其特征在于，所述水下定位系统还包括压力传感器，用于获取所述水下目标的深度信息。3.根据权利要求1所述的基于大型海上浮台的水下长基线定位系统，其特征在于，所述水面定位模块包括GPS定位模块或北斗定位模块。4.根据权利要求1所述的基于大...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁新，许高凤，杨丰茂，王玉明，张乔，潘振飞，马永健，王永皎，
申请(专利权)人：中电科海洋信息技术研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：海南,46