短基線水聲定位系統(tǒng)SBL

《短基線水聲定位系統(tǒng)SBL》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、水下定位與導(dǎo)航技術(shù)第二章短基線水聲定位系統(tǒng)（Ultra-shortbaselinepositioningsystem--SBL）10/4/20211本章要解決的問題短基線定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（組成）和原理三種工作模式（同步和非同步信標(biāo)方式、應(yīng)答器方式）下的定位算法（位置解算公式）解算后位置修正問題（坐標(biāo)變換是通用的?；囎鴺?biāo)系、轉(zhuǎn)換為船坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系）介紹短基線定位系統(tǒng)的實例由定位方程進行定位解算的方法定位誤差的分析基陣校準(zhǔn)與水下姿態(tài)修正距離模糊問題（定位系統(tǒng)存在的普遍問題）22.1引言是安裝在船上的發(fā)射器和接收器。它以一個頻率發(fā)出詢問信號，并以另一頻率接收回答

2、信號。接收頻率可以多個，對應(yīng)于多個應(yīng)答器，常常只相隔0.5kHz。發(fā)射和接收換能器是無指向性的。是置于海底或裝在載體上的發(fā)射/接收器。它接收問答機的詢問信號（或指令），發(fā)回另一與接收頻率不同的回答信號。收發(fā)換能器無指向性的。問答器：先發(fā)后收，發(fā)射器和接收器可在一起也可分開。應(yīng)答器：先收后發(fā)，發(fā)射和接收共用一個換能器。注意：問答器和應(yīng)答器的區(qū)別。置于海底或裝在水下載體（潛器）上的發(fā)射器，它以特定頻率不停的發(fā)出聲脈沖。它是自主工作的。聲信標(biāo)分同步式和非同步式兩種。置于海底或裝在水下載體（潛器）上的發(fā)射器，它由外部硬件（如控制線）的控制信號觸發(fā)，發(fā)出詢問信號。問答機

3、或其它水聽器接收它的信號。它常用于噪聲較強的場合。一些名詞的解釋詢問器或問答機（Interogator）應(yīng)答器（Transponder）聲信標(biāo)（Beacon或Pinger）響應(yīng)器（Responder）3短基線系統(tǒng)（SBL）系統(tǒng)組成被定位的船或潛器上至少有3個水聽器。間距在5～20米的量級。水面船上面裝有問答機一個同步信標(biāo)（或應(yīng)答器）置于海底工作原理問答機接收來自信標(biāo)（或應(yīng)答器）發(fā)出的信號，根據(jù)信號到達各基元的時間，求得斜距，據(jù)此可計算水面船相對于信標(biāo)（或應(yīng)答器）的位置。4典型的SBL系統(tǒng)的工作原理使用非同步信標(biāo)的短基線系統(tǒng)使用應(yīng)答器的短基線水聲定位系統(tǒng)5問題：

4、有無其它的信號形式？有無其它的測時方法？效果如何？測時方法：采用常規(guī)脈沖包絡(luò)檢波和相對到達時間測量方法。定位精度：一般在長基線和超短基線系統(tǒng)之間。特點及存在的問題：水聽器需要安裝在載體的不同位置，有些水聽器有時不可避免地會處于噪聲較大的位置，從而影響定位效果。62.2使用非同步信標(biāo)的短基線系統(tǒng)分析：用信標(biāo)定位的目的：要知道船或目標(biāo)（應(yīng)答器）的大地位置，首先需要知道船與信標(biāo)的相對位置。定位條件：船上只需3只接收器設(shè)要求解的船的坐標(biāo)是：x、y、z，信號的為θx，已知信標(biāo)深度為Z、兩換能器的間距分別為D1、D2，測得兩兩水聽器接收信號的時延差?？捎猛ㄟ^幾何關(guān)系可列出

5、它們之間的關(guān)系方程。72.2使用非同步信標(biāo)的短基線系統(tǒng)定位解算的思路：通過測量兩兩水聽器接收信號的時間差，確定信標(biāo)相對水面船的距離。由于使用的是非同步信標(biāo)，只能利用時間差進行測向，在進行定位。利用幾何關(guān)系建立定位方程。解方程，確定水面船的相對信標(biāo)的位置。根據(jù)信標(biāo)的絕對位置，確定水面船的位置坐標(biāo)。8xR1dRθX簡化假設(shè)：考慮船與信標(biāo)的距離較遠，船在信標(biāo)的上方。因此，3個入射角θ較小，且近似相等，用θx代替。θx為沿x軸的兩個水聽器的信號入射角AEDBC定位解算方法9記,因此有而當(dāng)船在信標(biāo)上方附近時，θX很小，有。因此有類似地，計算出信標(biāo)在y軸的位移，得到問題：

6、信標(biāo)深度如何知道？應(yīng)答器的位置事先是如何確定的？102.3使用應(yīng)答器的短基線水聲定位系統(tǒng)使用應(yīng)答器的優(yōu)點只有問答機發(fā)出詢問信號時，應(yīng)答器才回答。無詢問信號時，它保持安靜，使電池壽命得以延長；可利用絕對往返時間求解，不需要簡化假設(shè)。使用非同步信標(biāo)方式，只能利用時差，不得不作假設(shè)；可以編程詢問，按需要調(diào)整數(shù)據(jù)速率。在多個應(yīng)答器的情況下，可在時間上調(diào)整詢問，避免回答重疊；因詢問時刻已知，可用時間窗接收，從而降低虛警并減小多途回波的干擾；在兩個問答機和兩個應(yīng)答器的情況，有可能根據(jù)幾何關(guān)系確定最佳可視范圍。112.3使用應(yīng)答器的短基線水聲定位系統(tǒng)使用應(yīng)答器的短基線水聲定

7、位系統(tǒng)（船上除有水聽器陣外，還有問答機）12定位解算方法設(shè)應(yīng)答器的坐標(biāo)為，有4個水聽器位于邊長為2a，2b的矩形頂點有X、y、z三個未知數(shù)，3個水聽器可有3個斜距，列3個方程有一個冗余的水聽器，有何意義？13xy（x，y，z）應(yīng)答器PR1R2H1H2H3H4R3R4T定位解算方程設(shè)應(yīng)答器的坐標(biāo)為T（x，y，z）不考慮聲線彎曲時，由幾何關(guān)系可以得到定位方程(a,-b)(-a,-b)(a,b)(-a,b)14因此有消去z，得到代回原方程有深度的均值－－4個值的平均15若只收到3個信號，例如1，2，3號收到信號深度的均值問題：各個R值如何確定？在船中心只有一個發(fā)射器

8、（不是問答器）時，應(yīng)答器到各水聽器的距