CN107202988A - 一种简易的水声定位方法 - Google Patents
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Abstract
一种简易的水声定位方法，涉及声纳定位。为实现深海潜标系统的被动应急定位，提供如下技术方案：声学释放器，与之相配套的甲板单元、收发换能器和简易水声定位方法。其中，甲板单元具备问询脉冲发射、返回脉冲接收和斜距测量显示功能，声学释放器处于海面之下5000米左右，能接收问询声信号，发送应答声脉冲。定位系统简单，不需要超短基线这种复杂的系统；定位不需要对船舶全球定位数据开展复杂的解算；实施简便。
Description
技术领域
本发明涉及声纳定位，尤其是涉及一种简易的水声定位方法。
背景技术
无线电波和光波在海水中传播时都要受到严重的衰减。声波是目前已知的海洋导航、定位、探测和通信的唯一手段。传统的水下被动定位系统一般需要多个基元对目标实现定位，例如三子阵法和球面内插法，这种方法利用声信号到达时间或相位进行测距，对基阵布阵精度要求高，系统复杂，测距距离不远，精度难以与陆上定位相比拟。
在建设海洋强国的进程中，我国海洋工作者经常需要在深海布放回收潜标海洋环境观测系统。该系统通常由观测仪器、凯芙拉绳、浮球、声学释放器和锚系沉块组成，潜标工作一段时间(数天至数年)后声学释放器将锚系沉块释放，浮球将观测仪器和凯芙拉绳带回海面。这是正常的情况。如果由于种种不明的原因，声学释放器不能释放或是甲板单元显示已正常释放，但锚系沉块无法释放，导致观测仪器、凯芙拉绳、声学释放器和浮球等无法上浮，造成数天至数年的海洋观测数据和昂贵的海洋观测设备无法回收。
中国专利CN105388457A公开一种基于等效声速梯度的长基线水声定位方法，属于水声定位导航领域，采用长基线水声定位系统，该系统由搭载在目标物上的收发换能器发射定位信号，布设在海底的应答器基阵接收并返回应答信号，测量声信号从发射到返回的传播时间，由安装在收发换能器和海底应答器上的微型声速仪实时测量声速值；根据等效声速剖面原理，利用历史声速剖面计算初始值搜索等效声速梯度，当换能器到应答器、应答器到换能器往返传播距离相等时，确定等效声速梯度值，并计算出目标的准确位置。本发明不需要准确的声速剖面，甚至不需要声速剖面，有效消除了声速剖面代表性误差的影响，提高了水下目标定位的精度。
中国专利CN105905244A公开一种自守位声纳定位浮标，所述的自守位声纳定位浮标的水声换能器电子舱的外侧设置有浮体，壳体包括两个弦长不同的翼形结构壳体，两个翼形结构壳体同轴连接，水声换能器电子舱、浮体和舵机均设置在弦长大的翼型结构壳体内，水声换能器电子舱的外侧设置有浮体，浮体上侧设置有舵机，舵机带动舵板摆动，所述舵板设置在弦长大的翼型结构壳体的后侧，弦长大的翼型结构壳体的左右两侧对称设置有稳定翼，所述两个稳定翼的下侧均设置有主推进器。
发明内容
本发明的目的在于为解决上述问题，提供适用于深海潜标系统声学释放器无法正常释放后对该系统进行应急定位的一种简易的水声定位方法。
本发明包括以下步骤：
1)在离潜标系统最远二倍距离处任选一个方位角，开始试探测线测量，保持航向，期间将发射换能器沉入海中，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，获得斜距数据；
2)将斜距数据同步画在海图上，当斜距数据从大到小，又变大时，停止斜距测量，然后通知驾驶室停船，在最小斜距值位置画试探测线的垂线，所述垂线为确定测线；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置试探测线的垂线，所述垂线为确定测线；
3)开展确定测线测量，要求船舶保持一个航向，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤1)；
4)将确定测线上得到的斜距数据同步画在海图上，当斜距数据从大到小又变大时，停止斜距测量，在最小斜距值位置画确定测线的垂线，所述垂线为验证测线；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置确定测线的垂线，所述垂线为验证测线；
5)开展验证测线测量，要求船舶保持一个航向，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤1)；同时将验证测线上得到的斜距数据同步画在海图上，通常在验证测线与确定测线相交的位置上出现斜距最小值，或二组相近的较小斜距值，即为潜标系统移动后的位置，水声定位工作完成。
在步骤1)中，所述保持航向船舶保持航向，航速1节左右，数分钟发射问询信号1次，逐步获得多组斜距数据；若由于船舶辐射噪声干扰，导致甲板单元收不到斜距数据，可增加发射换能器的入水深度；若甲板单元仍没有收到斜距数据，可通知驾驶室停船降低船舶辐射噪声干扰，然后开展潜标声学释放器斜距测量。
在步骤2)中，所述当斜距数据从大到小又变大时，至少连续三组斜距数据呈增大趋势。
在步骤3)中，所述保持一个航向的航速可为1节。
在步骤4)中，所述当斜距数据从大到小又变大时至少连续三组斜距数据呈增大趋势。
在步骤5)中，所述保持一个航向的航速可为1节。
为实现深海潜标系统的被动应急定位，本发明提供如下技术方案：声学释放器，与之相配套的甲板单元、收发换能器和简易水声定位方法。其中，甲板单元具备问询脉冲发射、返回脉冲接收和斜距测量显示功能，声学释放器处于海面之下5000米左右，能接收问询声信号，发送应答声脉冲。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1)定位系统简单，不需要超短基线这种复杂的系统；
2)定位不需要对船舶全球定位数据开展复杂的解算；
3)实施简便。
附图说明
图1为本发明实施例中水声定位方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的海上工作和定位结果做进一步说明：
参见图1，本发明的简易的水声定位方法，其步骤是：
步骤一：在离潜标系统最远二倍距离处A点，以航速1节，航向正北行驶，开始“试探测线”的测量，图中为A、B。间隔开展潜标声学释放器斜距诊断。将发射换能器沉入海中，一般3min发射问询信号1次，逐步获得20组斜距数据。若由于船舶辐射噪声干扰，导致甲板单元收不到斜距数据，可增加发射换能器的入水深度；若甲板单元仍没有收到斜距数据，可通知驾驶室停船降低船舶辐射噪声干扰，然后开展潜标声学释放器斜距测量。
步骤二：将斜距数据同步画在自动船舶识别接收与记录系统(以下称“AIS”系统)上，当系统屏幕上出现斜距数据从大到小又变大(至少连续三组斜距数据呈增大趋势)时，停止斜距测量，停止点记为B点，最小斜距值位置记为O点；在O点位置画“试探测线”的垂线，此垂线为“确定测线”，图中为C、D；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置为O点，在O点上作“试探测线”的垂线，此垂线为“确定测线”。
步骤三：船舶从C点开始“确定测线”测量。仍然要求船舶尽可能保持一个航向，航速1节左右，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤一。
步骤四：将“确定测线”上得到的斜距数据同步画在“AIS”系统上，当系统屏幕上出现斜距数据从大到小又变大(至少连续三组斜距数据呈增大趋势)时，停止斜距测量，停止点记为H点，最小斜距值位置记为G点；在G点位置画“确定测线”的垂线，此垂线为“验证测线”，图中为E、F；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置为G点，在G点上作“确定测线”的垂线，此垂线为“验证测线”。
步骤五、船舶从H点转向驶向E点，从E点开始“验证测线”测量。仍然要求船舶尽可能保持一个航向，航速1节左右，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤一。同时将“验证测线”上得到的斜距数据同步画在“AIS”系统上；若在“验证测线”与“确定测线”相交的位置上出现斜距最小值，或二组相近的较小斜距值，即可证明此时的位置(图中G点)即为潜标系统移动后的位置。
在本发明的实施例中，由于海况原因，船舶以一节的速度难以保持直线航行，故三条测线并不成直线，斜距也不呈单调下降，但总的趋势是正确的。另外验证测线也不必与确定测线保持垂直，原则上只要验证测线通过目标点即可。该实施例恰恰说明本发明实施的简便性和实用性。甲板单元与声学释放器的距离越远，水下声线弯曲越厉害，测出的斜距差别越大，具备放大效应，实施起来更容易判读斜距的最小值。
本实施通过声学释放器，与之相配套的甲板单元、收发换能器开展简易水声定位。与传统的超短基线定位相比，具有系统简单便宜、定位不需要船舶全球定位数据复杂的解算、专利实施简便等优点。
Claims (6)
1.一种简易的水声定位方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在离潜标系统最远二倍距离处任选一个方位角，开始试探测线测量，保持航向，期间将发射换能器沉入海中，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，获得斜距数据；
2)将斜距数据同步画在海图上，当斜距数据从大到小，又变大时，停止斜距测量，然后通知驾驶室停船，在最小斜距值位置画试探测线的垂线，所述垂线为确定测线；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置试探测线的垂线，所述垂线为确定测线；
3)开展确定测线测量，要求船舶保持一个航向，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤1)；
4)将确定测线上得到的斜距数据同步画在海图上，当斜距数据从大到小又变大时，停止斜距测量，在最小斜距值位置画确定测线的垂线，所述垂线为验证测线；若没有出现最小斜距值，但存在二组相近的较小斜距值，则取这二组斜距值的中间位置确定测线的垂线，所述垂线为验证测线；
5)开展验证测线测量，要求船舶保持一个航向，间隔开展潜标声学释放器斜距诊断，诊断策略同步骤1)；同时将验证测线上得到的斜距数据同步画在海图上，通常在验证测线与确定测线相交的位置上出现斜距最小值，或二组相近的较小斜距值，即为潜标系统移动后的位置，水声定位工作完成。
2.如权利要求1所述一种简易的水声定位方法，其特征在于在步骤1)中，所述保持航向船舶保持航向，航速1节，数分钟发射问询信号1次，逐步获得多组斜距数据；若由于船舶辐射噪声干扰，导致甲板单元收不到斜距数据，增加发射换能器的入水深度；若甲板单元仍没有收到斜距数据，通知驾驶室停船降低船舶辐射噪声干扰，然后开展潜标声学释放器斜距测量。
3.如权利要求1所述一种简易的水声定位方法，其特征在于在步骤2)中，所述当斜距数据从大到小又变大时，至少连续三组斜距数据呈增大趋势。
4.如权利要求1所述一种简易的水声定位方法，其特征在于在步骤3)中，所述保持一个航向的航速为1节。
5.如权利要求1所述一种简易的水声定位方法，其特征在于在步骤4)中，所述当斜距数据从大到小又变大时至少连续三组斜距数据呈增大趋势。
6.如权利要求1所述一种简易的水声定位方法，其特征在于在步骤5)中，所述保持一个航向的航速为1节。
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