第３３卷第４期 ２０１２年４月 哈尔滨工程大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．３３№．４ Ａｐｒ．２０１２
超短基线纯方位定位的目标搜索航迹规划
勇俊，李昭，郑翠娥，孙大军
（哈尔滨工程大学水声技术国防重点实验室，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：超短基线纯方位定位可在缺乏斜距信息的条件下实现对声信标的定位，以实现对丢失声信标的打捞．针对该方 法定位误差与测量船航迹有关的问题，探讨了对搜索航迹的规划，以在保证定位精度的条件下提高搜索效率．从两测点
纯方位定位模型出发，分析了纯方位定位算法定位误差的空间分布情况，确定了此方法的定位高精度区域．据此分别研
究了采用直线航迹与圆弧航迹进行定位的误差特点，将两者的定位性能进行比对后，得出在相同误差条件下圆弧航迹定
位精度优于直线航迹的结论，并通过计算机仿真与外场实验进行了验证．最后结合分析结果与两种航迹的大范围搜索效 率规划出采用“直线－圆弧”航迹联合搜索定位丢失信标的方案．
关键词：超短基线；纯方位定位；航迹规划；水声定位系统
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７０４３．２０１ １０５０３０ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１２０４１０．０９１２．００１．ｈｔｍｌ
中图分类号：ＴＢ５６８文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７０４３（２０１２）０４－０４３８－０７
Ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｔｒａｃｋ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＵＳＢＬ ｂｅａｒｉｎｇ－ｏｎｌｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ＹＯＮＧ Ｊｕｎ，ＬＩ Ｚｈａｏ，ＺＨＥＮＧ Ｃｕｉｅ，ＳＵＮ Ｄａｊｕｎ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
第３１卷第１期 ２０１０年２月 水道港 口 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗａｔｅｒｗａｙ ａｎｄ Ｈａｒｂｏｒ Ｖｏ１．３１ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１０
水下定位系统误差分析
隋海琛，田春和，韩德忠，王崇明
（交通部天津水运工程科学研究所，天津３００４５６）
摘要：通过对水下定位系统的误差来源、误差控制方法和多个设备之间的数据融合过程中的误差表现 进行分析，探讨各种误差因素的影响，提出提高水下定位精度的措施，指出在应用中应合理进行误差分 配，控制显著误差，以达到最佳测量结果。 关键词：水下定位系统；超短基线；误差分析 中图分类号：ＴＶ ２２１；ＴＧ ８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—８４４３（２０１０）０１—００６９—０４
水下定位系统由全球卫星定位系统（ＧＰＳ）、水下声学定位系统、电罗经、姿态传感器、声速剖面仪等组
成，整个系统的核心是水下声学定位系统，而超短基线（ＵＳＢＬ）由于安装简单并且使用方便，是目前水下声学 定位的主流设备。超短基线由声学换能器和声学应答器组成。声学换能器是安装在船上的发射接收器，向水
体中发射询问信号并接收响应信号，往往是半球形或无指向性的。声学应答器是放置在海底或安装在水下
移动载体上的发射接收器，只有在收到询问信号时才返回响应信号，通常每一应答器对应一种频率，以便区 分。超短基线甲板控制单元根据换能器收到的询问信号和响应信号之间的时间差测出换能器与水下目标之
间的距离，同时利用响应信号到达换能器阵各阵元的相位差，测出水下目标相对于换能器的方位，从而得到
水下目标的空间位置。
水下定位系统工作前，首先使用声速剖面仪测量所在海域的声速剖面数据，输入超短基线甲板控制单 元。工作过程中，将ＧＰＳ系统、罗经／姿态仪系统和超短基线系统组合在一起，由ＧＰＳ系统提供超短基线换能
器的平面位置，由罗经／姿态仪系统提供超短基线换能器的姿态和艏向数据，由超短基线系统提供水下应答
器相对于换能器的三维位置。然后由甲板控制单元对所有采集到的数据进行融合和计算，获得水下应答器 的准确地理坐标和人水深度，从而得到其水下载体的运动轨迹。
利用夹角几何关系的超短基线定位方法
梁国龙;张毅锋;付进
【摘 要】针对传统超短基线的定位方法定位精度有限的问题,本文提出了一种利用夹角几何关系的超短基线高精度定位方法.该方法构建超短基线定位误差分析模型,依据超短基线中存在的夹角几何关系,研究了深度信息对超短基线定位精度的影响.通过有效利用深度信息,减小主要误差源对定位精度的影响,从而达到提高定位精度的目的.研究表明:该方法能够显著提高超短基线定位精度,尤其是对以相位差估计误差为主的情况效果更为明显,且在绝大多数区域均能提高定位精度.
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2019(040)008
【总页数】6页(P1474-1479)
【关键词】超短基线;定位方法;误差分析;深度信息;夹角几何关系;高精度;相位差估计误差;误差源
【作 者】梁国龙;张毅锋;付进
【作者单位】哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨150001;哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨150001;哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨150001;哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨150001;哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨150001;哈尔滨工程大学 水声工程学院,黑龙江 哈尔滨150001
【正文语种】中 文 【中图分类】TB565.2
超短基线定位系统因其尺寸小、成本低、灵活性强等优点，在海洋工程、海洋矿产资源、水下考古、海洋国防等领域得到了广泛的应用[1-24]。常见的超短基线定位系统多依赖于孔径小于半波长的三元或四元基阵，利用CW信号测量各通道间的相位差来估计目标的位置[1]。传统的超短基线定位方法依靠阵元间的相位差来估计目标所在方位，其相位差估计精度取决于信噪比，因此，超短基线的远距离目标定位精度往往不高。喻敏等[4-6]通过改进阵型增加了基阵的基线长度，有效提高了超短基线的定位精度；郑翠娥等[3，6]通过改变信标发射信号的形式，以达到提高超短基线定位精度的目的；赵安邦等[8]提出了一种可用于任意声速分布的定位算法，并通过计算机仿真验证了算法的有效性。从实际使用上看这些方法在某些特定的应用场合是有效的，但对信噪比不高的情况，定位精度往往不能满足实际的需求。本文不同于上述方法，从传统方法定位误差的主要来源出发，理论推导了各种误差源对定位精度的影响。在不改变阵型和发射信号形式的前提下，充分利用深度信息，提出了一种提高超短基线定位精度的方法，并仿真验证了该方法的可行性与可靠性。
卫星-声学组合定位系统satellite-acoustics
卫星-声学组合定位系统是将卫星接收机接口和声学定位系统接口与计算机连接， 并相应
连接其他定位设备所组成的定位系统。
产品种类：
1基于GPS孚标的水下长基线（LBL）定位系统1）定位精度与DGPS精度相当；2）定 位范围20-100平方公里
2高精度短基线（SBL）和超短基线（USBL）定位系统1 ）工作半径大于4公里2 ）定位 精度优于1%斜距3 ）使用方便灵活
3水下声学应答器/释放器可工作在水下 1000米/4000米/8000米
4水声通信链通信速率 240-2400bps
5根据用户需求的水下声学定位系统主要应用领域： 海洋工程、水下考古、海洋资源勘探与
开发、近岸工程、水下反恐、水下 RUV/UUV/AUX定位与导航、蛙人/潜员水下定位与导航。
GAPS型全球声学定位系统
仪器介绍：
该系统是一套无需标定的便携式超高精度超短基线
（USBL系统，它将惯性导航与水下声学定位完美 地结合在一起，并融入了 GPS定位技术。这使它能 最大限度地满足水面和水下定位及导航的需要。可 同时对多个水下目标（ROV AUV拖鱼）精确定位， 并可提供高精度的姿态及航向数据。即使在 GPS数
据中断或有跳点的情况下，仍不丢失定位数据。在 系统的有效作用距离内，不管水深多大，均可保持 水下目标定位数据的高速更新输岀。
技术规格：
水下定位精度：斜距的0.2%;有效距离:4000m ;覆盖范围:200o（声学阵下方）;工作频率:20〜30kHz。
法国IXSEA GAPS全球声学定位惯性导航系统
♦ 惯性导航和水下声学宦位的完美组合
GAPS是一套勿需标定的便携式、即插即用趙短 基融声学宦位（USBL）制性导航磁它将高蓿度光 纤紀螺惯性导就技术与水下声学址位究芙地结合在 -曲 年融人了
GF5测駁技术，斎逾可臥同时追踪爹 个水F目标，这愎用妄須途的CAPS能呈大琨度她满 足海jE j和水卜宦位及导航的要求"in tegrated positi oning system • 水下声学定位的一场革命
