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海南联网海底电缆综合检测水下定位方式研究作者：宫厚诚来源：《科技与创新》2016年第09期摘要：海南联网海底电缆在运行过程中受到海流冲刷、船只抛锚等多种外界风险影响，因此需要对海缆进行综合检测。
使用ROV搭载检测设备检测时，需要给ROV和探测设备提供精确的水下定位，以保证检测精度。
主要分析了三种水下定位系统（长基线定位系统、短基线定位系统、超短基线系统）的原理、优缺点和适用性。
由分析结果可知，使用超短基线定位系统能够满足海南联网综合检测水下精确定位的需求。
关键词：海底电缆；综合检测；水下定位；超短基线定位中图分类号：P715.5 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.09.009海南联网工程是我国第一个500 kV超高压、长距离、大容量的跨海电网工程。
联网工程海缆部分北登录端为广东湛江徐闻南岭村，穿越琼州海峡到达南登录端海南澄迈林诗岛附近的玉包角，海底电缆长度约32 km/根，共3根，走廊宽度约2 km。
海南联网工程提升了海南电网运行的可靠性和供电质量，海底电缆的稳定性和可靠性对海南社会经济的发展有着重要作用。
在海缆运行过程中，随着时间的推移和海流的作用，海缆覆盖层会受到冲刷，致使海缆裸露于海底，甚至在海底悬空；海缆附近的海洋作业会给海缆的正常运行带来极大的风险。
因此，对海底电缆进行定期的综合检测显得非常有必要。
其中，海缆埋深检测、抛石石坝状况及厚度检测、海缆铸铁套管状况检测是非常重要的内容。
为了获取更加准确、详细的海缆现状细部资料，综合检测采用水下机器人搭载埋深探测设备（TSS系列）和录像设备的方式进行，检测过程中需要给ROV提供精确的定位信息，即需要进行较高精度的水下定位。
1 水下定位方法及原理分析目前，水下导航定位技术以声学导航定位技术为基础，按照应答器基阵的基线长短划分为三种声学导航定位系统，分别是长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统。
1.1 长基线定位系统长基线定位是通过测量水下目标声源到各个基元的时间差，解算目标的方位和距离，最终得出目标精确的三维位置，为水下施工、调查等工作提供精确的定位服务。
哈尔滨工程大学科技成果——超短基线定位系统项目概述目前正值国家大力发展海洋开发技术的阶段，与此相关的船舶技术、水下机器人技术、环境水纹监测技术以及水下作业装备均进入了蓬勃发展的状态。
近几年国家投入大量资金建设了十几条科学考察船，支持海洋科学考察工作，诸如ROV、AUV、HOV的潜器也投入了大量研究力量，海上油气开采工程更是发展迅速，并从早期的浅水海域逐步向着深远海。
作为海洋开发的重要保障设备，超短基线定位系统占据着不可替代的位置，是水下作业高精度定位的重要支撑之一。
国产超短基线定位系统的研发成功打破了目前国内科考船均采用国外进口超短基线定位系统的技术垄断格局，改变了科考船在定位系统维护、升级和出口许可限制等方面面临的被动局面。
同时国产系统在海试和应用中表现出的作用距离远、数据有效率高和定位结果持续、稳定等优点，使得科考船海上调查作业效率和质量大为提高。
此外，国产系统表现出的兼容国外声应答器信号体制的独特优点，也受到用户的高度好评。
国产化超短基线定位系统已经到了关键的时刻，具备了产业化发展的基本条件。
面对海洋科学考察、潜器水下定位导航、水下油气工程建设等重要的发展需求，超短基线定位系统的应用市场是广阔的，具备可观的效益前景。
同时超短基线定位系统的产业化也会促进定位技术在海洋作业中的普及应用，带动水下作业位置精细化，资料信息关联化的发展。
超短基线定位系统是现代海洋调查作业船只必不可少的基础性水下定位保障设备，为配备水声应答器的水下各类载体（ROV、AUV、HOV及各类拖体）提供水下高精度定位服务。
系统通过水面船安装的超短基线声学换能器基阵发射询问声信号到海水中，通过接收处理水声应答器的应答信号，确定声学换能器基阵声学中心与水声应答器声学中心间的距离和角度关系，从而可以根据水面作业船的位置信息和船舶姿态数据，最终确定由水声应答器代表的水下载体位置信息。
其主要技术指标包括声学定位精度优于2‰斜距和作用距离不小于8km。
GYROUSBL在深海水下定位中的应用摘要：声学定位系统（Acoustic Positioning System）的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。
本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线（Ultra Short BaseLine）声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。
关键词：超短基线水下定位1概述20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线（简称USBL）水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。
高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。
1．1关于水下声学定位系统20世纪50～60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备：在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。
声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。
从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。
声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。
对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。
在声学定位系统中，有3种主要的技术：长基线定位（LBL），短基线定位（SBL），和超短基线定位（SSBL/USBL），有些现代的定位系统能组合使用以上技术。
ROV在水下工程检测中的应用初探作者：林七贞林汉斌来源：《中国水运》2015年第02期摘要：水下机器人全称为水下遥控运载器，（英译：Remotely Operated Vehicle以下简称：ROV）是一种高科技仪器设备的集成体，文章将介绍ROV的现状与特点，对ROV在水下工程检测中的应用前景进行了探讨，提出在水下探摸检测工作中引进ROV的建议。
关键词：ROV 工程检测应急搜寻前言ROV主要分为两种基本类型，即有缆遥控式ROV和无缆自治式ROV。
有缆遥控式ROV 是由工作母船上工作人员通过ROV的脐带提供动力和控制信号。
无缆自治式ROV自备动力电源，按照预先编制的程序自主航行。
同时ROV也向甲板传回各种讯息，将各种传感器水下采集到的数据信息和影像图像在控制台上显示。
ROV可搭载水下摄像和声呐设备，在潜水员不便下水时替代潜水员进行水下摄像和河床扫测，可通过机械手进行简单的作业。
能从事海洋测量、军事侦测、水利水电、渔业水产、核电设施、救助打捞、应急搜寻等工作。
目前国内外对于ROV的开发和研制相当重视，已有多种款式投入运用，并且不断进行技术更新和升级，近十年来，国外的海洋工程设备供应商也逐渐将各种型号的ROV投放到中国市场，本文选取通用观察型ROV（无人遥控有缆式）作为模版进行评估。
ROV的性能及特点ROV一般为开放式框架结构，铝合金或玻璃纤维板，亚克力管材，标配4个磁力联轴式推进器，可定向巡航或定深巡航，工作水深可达百米级，能自主或半自主航行，实现直航、回旋、潜浮方式，可在浮游与爬行模块之间自由切换。
首部装有可旋转式黑白或彩色摄像变焦镜头或相机，远景和近景自由切换，强光LED灯源或卤素灯。
内置压力传感器、姿态传感器、磁罗经、速率陀螺仪和高度计等。
电力供应、光纤通信采用脐带传输方式，具有承载能力强，传输速度快，抗电磁干扰等。
可选择性搭载GPS定位系统、液压机械臂，多波束图像声呐、扫描声呐、超短基线等。
高精度超短基线在水下定位中的应用高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用张粤宁1 刘鹏2（1.武汉长江航道救助打捞局，武汉430014；2.上海地海仪器有限公司，上海 200233）摘要：声学定位系统（Acoustic Positioning System）的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。
本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线（Ultra Short BaseLine）声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。
关键词：超短基线水下定位1概述20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线（简称USBL）水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。
高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。
1．1关于水下声学定位系统20世纪50～60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备：在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。
声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。
从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。
声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。
对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910395440.4(22)申请日 2019.05.13(71)申请人 自然资源部第一海洋研究所地址 266061 山东省青岛市崂山区高科园仙霞岭路6号(72)发明人 孙永福 张志平 赵晓龙 王立松 张浩然 李杨 孙杨 俞启军 (74)专利代理机构 烟台上禾知识产权代理事务所(普通合伙) 37234代理人 孙俊业(51)Int.Cl.B63B 49/00(2006.01)B63C 11/52(2006.01)G01S 15/08(2006.01)G01S 5/18(2006.01)G01S 19/42(2010.01)(54)发明名称一种利用超短基线实现水下精确作业的方法(57)摘要本发明公开了一种利用超短基线实现水下精确作业的方法，包括以下步骤：(1)、系统安装，(2)、水下载体地理坐标位置获取，(3)、动力定位：本发明声基阵坐标系与船的坐系之间的关系要无需在安装时精确测定，不需要在海上快速、有效地对超短基线定位系统进行安装校准，大大降低了对母船的安装调试等繁琐工作的难度，本发明结构简单，精度高，具有广泛的应用前景。
权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 110294080 A 2019.10.01C N 110294080A权 利 要 求 书1/2页CN 110294080 A1.一种利用超短基线实现水下精确作业的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、系统安装：a、在母船上选取一参考点，通过参考点并指向母船艏向的为X轴，通过参考点并指向母船右舷的为Y轴，通过参考点并垂直向下的为Z轴，建立右手母船参考坐标系；b、将若干换能器按照一定的规律排列而成，组成水声接收基阵并安装在母船的参考点位置，并获得水声接收基阵坐标系，在母船上安装运动参考单元和姿态传感器，获得姿态传感器坐标系，以及用于分析、坐标转换计算母船绝对坐标位置及水下载体相对坐标位置的控制系统；c、在母船任意位置选取并安装一用于接收GPS无线信号的天线接收器，并在母船任意位置选取并安装一与天线接收器安装位置相关联的坐标参考位置，该坐标参考位置与水声接收基阵的坐标位置相关联；d、母船安装动力定位系统，动力定位系统与GPS建立信号连接；(2)、水下载体地理坐标位置获取：a、GPS发送信号至母船天线接收器，控制系统根据接收到的信号经处理获得母船的绝对坐标位置，坐标参考位置与母船的绝对坐标位置相比较，经控制系统分析，获得坐标参考位置的实际坐标数据；b、在先安装在母船上的水声接收基阵根据坐标参考位置的实际坐标数据获得水声接收基阵的实际坐标位置；c、换能器向水下发射声波信号至水下载体，水下载体的声学应答器在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号至水声接收基阵，经控制系统的软件处理后得到水下载体的相对方位和距离，经坐标转换计算最终确定水下载体的最终准确的相对位置坐标；(3)、动力定位：a、根据母船当前的绝对位置坐标及水下载体的相对位置坐标，结合水声接收基阵坐标系，经控制系统计算获得水下载体在水声接收基阵坐标系中的实际位置；b、该实际位置通过水声接收基阵坐标系判断，获得水下载体的声学应答器在水声接收基阵下方的的锥体范围内或范围外的实际空间位置；c、当水下载体的声学应答器在水声接收基阵下方的的锥体范围外时，设定母船的实际位置，将水下载体的声学应答器置入水声接收基阵下方的的锥体范围内，并将其输入控制系统内，测量部分测量部分采集的信息进行处理并根据所设定的母船的实际位置，将控制指令输出至推力器部分以实现预定的母船运动至设定位置；d、到达设定位置后，测量部分发送信号至控制系统，控制系统结合测量部分收到的风、浪、流实时信息，对主推进器和/或侧推进器发送启动信号，改变船舶位置或艏向，在平衡作用于船舶的扰动力和扰动力矩的前提下，控制母船稳定停止在设定位置，以确保水下载体的声学应答器始终在水声接收基阵下方一个有限的锥体范围内。
超短基线定位系统水声应答器的设计与实现的开题报告1. 选题背景和意义：水声通信技术在海洋领域中具有重要的应用价值，其中水声定位技术是水声通信领域中的一个重要分支。
超短基线定位系统是一种用于水下物体精确定位的系统，其优点是定位精度高、系统鲁棒性强等，因此在海底资源勘探和航运领域等具有广泛的应用前景。
本课题旨在设计和实现一种基于超短基线定位系统的水声应答器，为水声通信领域的技术发展做出一定的贡献。
2. 研究内容和目标：本课题的研究目标是设计和实现一种基于超短基线定位系统的水声应答器，通过对系统原理和水声信号处理技术等方面的研究，实现对水下物体的精确定位。
具体研究内容如下：(1) 超短基线定位系统的原理和相关技术研究；(2) 水声信号处理技术研究，包括水声信号的发射与接收、信号去噪和信号增强等；(3) 基于超短基线定位系统的水声应答器设计和实现。
3. 研究方法和步骤：本课题将采用以下研究方法和步骤：(1) 对超短基线定位系统的原理和相关技术进行深入研究，包括定位算法、系统结构等；(2) 对水声信号处理技术进行深入研究，包括信号发射与接收、滤波、去噪和信号增强等；(3) 根据研究结果，设计一个基于超短基线定位系统的水声应答器，并进行模拟和实现；(4) 对设计的应答器进行测试和性能分析，评估其定位精度和鲁棒性等指标。
4. 论文组织结构：本论文的组织结构将以以下方式进行：第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究目标和意义1.3 研究方法和步骤1.4 论文组织结构第二章超短基线定位系统的原理和技术2.1 超短基线定位系统的原理2.2 超短基线定位系统的技术研究第三章水声信号处理技术研究3.1 水声信号发射与接收3.2 滤波技术3.3 去噪技术3.4 信号增强技术第四章基于超短基线定位系统的水声应答器设计与实现4.1 应答器系统结构设计4.2 应答器模块设计4.3 应答器系统实现第五章应答器性能测试与分析5.1 测试方案设计5.2 实验结果分析和评估第六章结论与展望6.1 主要研究成果总结6.2 不足之处和未来工作展望参考文献5. 预期结果及对学术界和工业界的贡献：本研究预期实现一个基于超短基线定位系统的水声应答器，并对其进行性能测试和分析，从而达到以下预期结果：(1) 实现水下物体的精确定位；(2) 实现系统信号处理技术，提高应答器的抗干扰能力和定位精度；(3) 提高水声通信技术在海洋领域中的应用效果；(4) 对水声通信领域的技术发展做出一定的贡献。
