CN104932020A - 载人潜水器长基线定位系统海上试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大洋探测技术领域，尤其涉及一种载人潜水器长基线定位系统海上试验方法。本发明的目的在于提供一种能够测试长基线系统性能、提高潜水器安全性的基于长基线的载人潜水器长基线定位系统海上试验方法。包括定位信标布放；在海山区投放四个潜标四个信标组成矩形；声速剖面测量；水下潜标组装和投放；长基线信标位置测量；潜水器坐底开展长基线定位系统定点试验；潜水器沿长方形轨迹航行时开展长基线定位系统运动试验；长基线定位系统最大作用距离试验；水下潜标回收。本发明通过对实验数据后期处理和已有的超短基线的实验数据进行对比，得出在深海潜水器前行过程中，两种系统的利弊，对以后的深海探测中潜水器的安全保障问题具有指导意义。

Description

载人潜水器长基线定位系统海上试验方法

技术领域

本发明涉及大洋探测技术领域，尤其涉及一种载人潜水器长基线定位系统海上试验方法。

背景技术

在现有技术中，长基线作为一种常用的海上测试用技术手段已经被广泛应用到深海测试中，但是其存在准确性的问题，其误差是否想生产厂家提供的那样，有待考证，这有利于深海测试的准确性，尤其对载人潜水器的精确定位具有重大意义，否则，一旦长基线系统出现了重大误差，则会对潜水器中的人员造成致命危险因素，针对这一问题，目前还没有在具体试验中测试长基线系统的技术方案，因此急需一种技术方案来解决这一技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够测试长基线系统性能、提高潜水器安全性的基于长基线的载人潜水器长基线定位系统海上试验方法。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一、定位信标布放：在海山区投放四个潜标四个信标组成矩形；

步骤二、声速剖面测量：

1)到达试验海区后用船载测深仪测量出海水深度；

2)在超短基线定位系统标定试验海区开展全海深CTD调查，要求绞车放缆速度不大于1m/s，获取试验海区的声速数据；

3)对声速数据进行处理，消除大气压力变化的影响，用声速剖面专用处理软件生成超短基线和长基线所需的声速剖面数据；

4)将处理后的声速剖面数据文件导入长基线系统中；

步骤三、水下潜标组装和投放：

1)更换17#、18#、19#等三只长基线信标的电池，确保电量充足；

2)利用甲板单元确认长基线信标各项功能正常(含释放功能)；

3)利用绳索将长基线信标、浮球、水泥重块等组装成水下潜标系统，要求换能器朝上，距离海底50m；

4)在投放前为了确认释放器的释放功能正常，进行一次投放试验；

5)确认释放器释放功能正常后，按照信标布放方案依次投放17#、18#、19#水下潜标系统，并用超短基线定位系统跟踪潜标下降过程，直至潜标达到海底；

步骤四、长基线信标位置测量：

1)为了获得长基线定位信标的准确位置，分别以17#、18#和19#信标为圆心，母船按9°圆锥角分别航行一圈，半径根据长基线信标深度和圆锥角计算得到。当水深为5200m时，半径为1600m；

2)围绕各个信标航行开始时，开启超短基线定位系统的数据记录功能，航行结束后停止记录；

3)对长基线信标的定位数据进行分析，计算各个信标在海底的精确位置包括：经度、维度、深度，以及位置的误差；

4)将全部信标的精确三维坐标及其误差输入到长基线定位系统中；

步骤五、潜水器坐底开展长基线定位系统定点试验：

1)确保载人潜水器满足各项下潜条件后，开展下潜作业；

2)确认载人长基线定位系统的声速剖面已经更新为作业海区测得的声速剖面，同时确认利用超短基线定位系统测得的长基线定位信标的三维坐标及其误差已经输入长基线定位系统；

3)载人潜水器到达海底后，在海底停留了约30分钟；

4)长基线定位系统自动记录每次测量得到的距离信息和定位信息；

5)对长基线定位数：据测距结果和定位结果，进行分析，以便对长基线定位系统的收敛时间、定位结果的重复性进行测试；

步骤六、潜水器沿长方形轨迹航行时开展长基线定位系统运动试验：

1)在完成长基线定位系统定点试验后，开展长基线定位系统运动试验；

2)令载人潜水器按长方形轨迹航行，长边900米，短边300米，以考核长基线定位系统对潜水器位置跟踪的连续性、推进器噪声的影响；

3)与此同时，超短基线定位系统也对载人潜水器进行定位，并实时记录定位数据；

4)通过后期数据处理，综合比较长基线和超短基线定位结果，以判定二者定位结果的哪一个更可信，并对长基线定位系统进行综合评估；

5)试验完成后，潜水器开展其他预定作业，待所有作业任务完成后，潜水器抛载上浮；步骤七、长基线定位系统最大作用距离试验：

1)在完成长基线定位系统长方形运动试验后，开展长基线定位系统最大作用距离试验；

2)载人潜水器沿长方形轨迹的最后一条边直线向前航行，直到长基线定位系统无法接收到最远信标的应答信号，测定长基线定位系统的最大作用距离；

3)对长基线定位数据：测距结果和定位结果进行分析，评估长基线的最大作用距离；步骤八、水下潜标回收：

1)用超短基线定位系统或甲板单元向某一长基线信标发送释放命令；

2)用超短基线定位系统跟踪水下潜标的上浮过程，确定其出水位置；

3)母船航行靠近浮出水面的潜标，回收到甲板；

4)重复上述过程，直到全部潜标回收完毕。

本发明采用三个实验方案来记录长基线的实验数据，通过对实验数据后期处理和已有的超短基线的实验数据进行对比，得出在深海潜水器前行过程中，两种系统的利弊，对以后的深海探测中潜水器的安全保障问题具有指导意义。

附图说明

图1长基线定位信标投放位置示意图。

图2长基线航船运行轨迹示意图。

图3长基线定位误差数据显示图。

图4长基线定位误差收敛过程数据显示图。

图中:B为水下信标；R为半径；θ为圆锥角/2；A为声基阵；H为深度。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一、定位信标布放：在海山区投放四个潜标四个信标组成矩形；

步骤二、声速剖面测量：

1)到达试验海区后用船载测深仪测量出海水深度；

2)在超短基线定位系统标定试验海区开展全海深CTD调查，要求绞车放缆速度不大于1m/s，获取试验海区的声速数据；

3)对声速数据进行处理，消除大气压力变化的影响，用声速剖面专用处理软件生成超短基线和长基线所需的声速剖面数据；

4)将处理后的声速剖面数据文件导入长基线系统中；

步骤三、水下潜标组装和投放：

1)更换17#、18#、19#等三只长基线信标的电池，确保电量充足；

2)利用甲板单元确认长基线信标各项功能正常(含释放功能)；

3)利用绳索将长基线信标、浮球、水泥重块等组装成水下潜标系统，要求换能器朝上，距离海底50m；

4)在投放前为了确认释放器的释放功能正常，进行一次投放试验；

5)确认释放器释放功能正常后，按照信标布放方案依次投放17#、18#、19#水下潜标系统，并用超短基线定位系统跟踪潜标下降过程，直至潜标达到海底；

步骤四、长基线信标位置测量：

1)为了获得长基线定位信标的准确位置，分别以17#、18#和19#信标为圆心，母船按9°圆锥角分别航行一圈，半径根据长基线信标深度和圆锥角计算得到。当水深为5200m时，半径为1600m；

2)围绕各个信标航行开始时，开启超短基线定位系统的数据记录功能，航行结束后停止记录；

3)对长基线信标的定位数据进行分析，计算各个信标在海底的精确位置包括：经度、维度、深度，以及位置的误差；

4)将全部信标的精确三维坐标及其误差输入到长基线定位系统中；

步骤五、潜水器坐底开展长基线定位系统定点试验：

1)确保载人潜水器满足各项下潜条件后，开展下潜作业；

2)确认载人长基线定位系统的声速剖面已经更新为作业海区测得的声速剖面，同时确认利用超短基线定位系统测得的长基线定位信标的三维坐标及其误差已经输入长基线定位系统；

3)载人潜水器到达海底后，在海底停留了约30分钟；

4)长基线定位系统自动记录每次测量得到的距离信息和定位信息；

5)对长基线定位数：据测距结果和定位结果，进行分析，以便对长基线定位系统的收敛时间、定位结果的重复性进行测试；

步骤六、潜水器沿长方形轨迹航行时开展长基线定位系统运动试验：

1)在完成长基线定位系统定点试验后，开展长基线定位系统运动试验；

2)令载人潜水器按长方形轨迹航行，长边900米，短边300米，以考核长基线定位系统对潜水器位置跟踪的连续性、推进器噪声的影响；

3)与此同时，超短基线定位系统也对载人潜水器进行定位，并实时记录定位数据；

4)通过后期数据处理，综合比较长基线和超短基线定位结果，以判定二者定位结果的哪一个更可信，并对长基线定位系统进行综合评估；

5)试验完成后，潜水器开展其他预定作业，待所有作业任务完成后，潜水器抛载上浮；

步骤七、长基线定位系统最大作用距离试验：

1)在完成长基线定位系统长方形运动试验后，开展长基线定位系统最大作用距离试验；

2)载人潜水器沿长方形轨迹的最后一条边直线向前航行，直到长基线定位系统无法接收 到最远信标的应答信号，测定长基线定位系统的最大作用距离；

3)对长基线定位数据：测距结果和定位结果进行分析，评估长基线的最大作用距离；

步骤八、水下潜标回收：

1)用超短基线定位系统或甲板单元向某一长基线信标发送释放命令；

2)用超短基线定位系统跟踪水下潜标的上浮过程，确定其出水位置；

3)母船航行靠近浮出水面的潜标，回收到甲板；

4)重复上述过程，直到全部潜标回收完毕。

如图2所示，水下信标B与声基阵A投影的距离半径为R；声基阵A投影的深度为H，与投影的夹角为θ，θ为圆锥角的二分之一。

如图3所示，展示了静止状态下长基线定位的收敛过程，可以看到在5个周期20秒时间内，长基线定位达到收敛状态。

如图4所示，剔除收敛过程中的定位数据后，定位误差的均方根值为2厘米，说明长基线定位的重复性良好。

Claims (1)

1.一种载人潜水器长基线定位系统海上试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、定位信标布放：在海山区投放四个潜标四个信标组成矩形；

步骤二、声速剖面测量：

1)到达试验海区后用船载测深仪测量出海水深度；

2)在超短基线定位系统标定试验海区开展全海深CTD调查，要求绞车放缆速度不大于1m/s，获取试验海区的声速数据；

3)对声速数据进行处理，消除大气压力变化的影响，用声速剖面专用处理软件生成超短基线和长基线所需的声速剖面数据；

4)将处理后的声速剖面数据文件导入长基线系统中；

步骤三、水下潜标组装和投放：

1)更换17#、18#、19#等三只长基线信标的电池，确保电量充足；

2)利用甲板单元确认长基线信标各项功能正常(含释放功能)；

3)利用绳索将长基线信标、浮球、水泥重块等组装成水下潜标系统，要求换能器朝上，距离海底50m；

4)在投放前为了确认释放器的释放功能正常，进行一次投放试验；

5)确认释放器释放功能正常后，按照信标布放方案依次投放17#、18#、19#水下潜标系统，并用超短基线定位系统跟踪潜标下降过程，直至潜标达到海底；

步骤四、长基线信标位置测量：

1)为了获得长基线定位信标的准确位置，分别以17#、18#和19#信标为圆心，母船按9°圆锥角分别航行一圈，半径根据长基线信标深度和圆锥角计算得到；当水深为5200m时，半径为1600m；

2)围绕各个信标航行开始时，开启超短基线定位系统的数据记录功能，航行结束后停止记录；

3)对长基线信标的定位数据进行分析，计算各个信标在海底的精确位置包括：经度、维度、深度，以及位置的误差；

4)将全部信标的精确三维坐标及其误差输入到长基线定位系统中；

步骤五、潜水器坐底开展长基线定位系统定点试验：

1)确保载人潜水器满足各项下潜条件后，开展下潜作业；

2)确认载人长基线定位系统的声速剖面已经更新为作业海区测得的声速剖面，同时确认利用超短基线定位系统测得的长基线定位信标的三维坐标及其误差已经输入长基线定位系统；

3)载人潜水器到达海底后，在海底停留了约30分钟；

4)长基线定位系统自动记录每次测量得到的距离信息和定位信息；

5)对长基线定位数：据测距结果和定位结果，进行分析，以便对长基线定位系统的收敛时间、定位结果的重复性进行测试；

步骤六、潜水器沿长方形轨迹航行时开展长基线定位系统运动试验：

1)在完成长基线定位系统定点试验后，开展长基线定位系统运动试验；

2)令载人潜水器按长方形轨迹航行，长边900米，短边300米，以考核长基线定位系统对潜水器位置跟踪的连续性、推进器噪声的影响；

3)与此同时，超短基线定位系统也对载人潜水器进行定位，并实时记录定位数据；

4)通过后期数据处理，综合比较长基线和超短基线定位结果，以判定二者定位结果的哪一个更可信，并对长基线定位系统进行综合评估；

5)试验完成后，潜水器开展其他预定作业，待所有作业任务完成后，潜水器抛载上浮；

步骤七、长基线定位系统最大作用距离试验：

1)在完成长基线定位系统长方形运动试验后，开展长基线定位系统最大作用距离试验；

2)载人潜水器沿长方形轨迹的最后一条边直线向前航行，直到长基线定位系统无法接收到最远信标的应答信号，测定长基线定位系统的最大作用距离；

3)对长基线定位数据：测距结果和定位结果进行分析，评估长基线的最大作用距离；

步骤八、水下潜标回收：

1)用超短基线定位系统或甲板单元向某一长基线信标发送释放命令；

2)用超短基线定位系统跟踪水下潜标的上浮过程，确定其出水位置；

3)母船航行靠近浮出水面的潜标，回收到甲板；

4)重复上述过程，直到全部潜标回收完毕。