超短基线定位技术在水下潜器对接中的应用研究

发布时间：2020-07-08 18:26

【摘要】： 21世纪是人类全面开发利用海洋的新世纪。深海空间站是一个有助于充分利用我国海洋资源的平台。为保证深海空间站的正常运转,由穿梭潜器来保障物资及人员的输送。本论文的主要工作以穿梭潜器所需的超短基线定位为背景,研究了高精度超短基线定位技术、多目标定位技术、安装误差校准技术和位姿测量技术。超短基线定位系统的定位精度主要取决于基阵测向精度。由Cramer-Rao下限理论可知,相位差的估计精度取决于信号的信噪比和带宽。为了得到更高的定位精度,考虑从系统基阵阵型上打破传统超短基线基阵设计的束缚,设计适合本系统的新阵型。而在大孔径阵型条件下,抗模糊成为挑战性的难点。本文对窄带信号提出了利用脉冲对相位抗模糊的方法,对宽带信号的提出了一种易于工程实现的相位解缠绕方法。理论分析和仿真结果都证明本文提出的抗模糊方法成功的解决了这一问题,从而在保证定位精度的条件下简化了基阵,降低了系统的复杂性。超短基线定位系统除了声学定位设备外还配备有GPS设备和姿态传感器,这样整个系统的传感器就至少包括水声传感器、姿态传感器、GPS天线。然而各个传感器所在的坐标系并不能保证在同一坐标下,各个传感器所在的坐标系之间存在着角度偏差,这种偏差是可以通过安装误差校准来修正的。基于平均声速的常规安装误差校准技术在深水条件下由于忽略了声线弯曲而存在较大的误差,无法满足高精度定位要求;针对这一问题,本文提出了一种基于声线跟踪的安装误差校准方法,仿真和试验证明了该方法的有效性。为实现水下对接,需要知道穿梭潜器和深海空间站的相对位姿信息。本文研究了基于COSTAS阵列的跳频信号和基于OFDM调制与GOLD序列相结合的多目标定位技术,在此基础上提出了一种位姿解算算法,并导出了对接的准则。最后通过试验数据分析验证了该位姿解算算法的有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P754.3
【图文】：

示意图,示意图,潜器,水声定位

水下系统由生活区和工作区组成。为保，由穿梭潜器来保障物资及人员的输送。此穿梭潜[6，v〕相类似，由水面平台投放，在声学定位设备的引空间站的对接口对接，实施人员和物资的干式转移证深海空间站正常运转，穿梭潜器必须能够准确地对接。水下对接的核心是水下引导、对接技术，囊机器人等多门学科[8l。高精度水声定位与导航技术条件。以往水下潜器多采用长基线定位方式，随着位技术的迅猛发展，使得超短基线不仅设备简单装了极大提高，故而越来越多的潜器选用超短基线作odsHole海洋研究所的odyssey一IB和Remus潜器、er和日本川崎重工的m盯ine一bird上都选用了超短基度水声定位【’“J。

示意图,基阵,超短基线,示意图

Figure1.2Basics加e恤 eofthedoekingsystem图 1.2中的超短基线声学换能器基阵由四个接收基元和一个发射基元组成。其结构示意图如图1.3所示，发射换能器在基阵的中心，四个接收基元按逆时针方向排列，在同一轴上的间距L为32cm。基阵方便拆装，可固定安装在母船上，也可自由吊放于舷侧。由于穿梭潜器为深潜潜器，因而该超短基线定位系统为深水超短基线定位系统，其声学换能器基阵为深水耐压换能器基阵。匕匕 LLL、 }}}图1.3超短基线基阵示意图 Figure1.3SehematieoftheUSBLarray

对接系统,基本构成,基阵,声学换能器

图1.2对接系统的基本构成Figure1.2Basics加e恤eofthedoekingsystem图1.2中的超短基线声学换能器基阵由四个接收基元和一个发射基元。其结构示意图如图1.3所示，发射换能器在基阵的中心，四个接收基时针方向排列，在同一轴上的间距L为32cm。基阵方便拆装，可固定母船上，也可自由吊放于舷侧。由于穿梭潜器为深潜潜器，因而该超定位系统为深水超短基线定位系统，其声学换能器基阵为深水耐压换阵。匕匕LLL、}}}

【引证文献】