CN111487580A - 一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及深海长基线定位技术领域，尤其是一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法。本发明包括全向应答器，所述全向应答器上可拆卸的连接深度计，全向应答器下端通过连接件卡拆卸的连接圆柱形声阵，圆柱形声阵下端固定连接水下电子舱；所述水下电子舱外表面中部套设具有浮力的平衡盘。本发明的校准方法包括布放初始信标、初始信标绝对位置校准、布放周围信标、周围信标绝对位置初次校准、周围信标绝对位置再次校准和结束校准几个步骤。本发明的校准方法通过在声信标布放完成后接收校准指令进行自动校准，无需母船在上方按指定的轨迹航行来逐个完成校准，节省了大量的校准时间。

Description

一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法
技术领域
本发明涉及深海长基线定位技术领域，尤其是一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法。
背景技术
深海长基线定位系统由于定位精度高、覆盖范围广并且定位精度与深度无关，故非常适用于水下航行器在深海进行自主导航，但其声信标节点的布放及节点位置校准工作较为繁琐且周期较长，同时还需要水面母船全程配合工作，这给实际工程应用带来诸多不便。
传统校准方法为了获得较高的校准精度，一般按照如下方法进行校准：水面母船采用以声信标为中心并以声信标深度为半径的圆航迹航行，同时以固定周期来测量船与声信标之间的斜距，通过最小二乘的方式估计声信标的位置，其声信标位置校准的时间和声信标布放个数、声信标布放深度呈正比。在深海作业时，声信标会布放在几千米深度的深海中，而水面母船受安装结构、数据采集质量和航行轨迹等的影响，校准一只声信标通常需要3到5个小时。
近年来，名称为《长基线定位系统高精度阵型标定方法》(韩云峰，声学学报，2016)的论文和专利公布号为CN 101806883A的《适用于大范围海底应答器阵的快速高精度坐标校准方法》的专利，都提出使用测距信息来实现应答器基阵的位置校准，通过测量应答器节点间的相对距离并结合已知节点的绝对位置，最终运用最小二乘法求解未知节点的绝对位置，但该方法首先要完成多个应答器节点(一般3-4个)的绝对位置校准，不然可能会因观测量不足而无法求解，这使得深海长基线定位系统具有较长的校准周期，无法实现深海长基线定位系统阵型的快速校准。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种多功能声信标和深海长基线阵型校准方法，能够通过声信标间的相互测距和相互测向，实现长基线定位系统阵型的自校准；水面母船仅需预先对一个声信标节点完成校准，能够较大程度地减轻水面母船的工作负担，同时也极大地缩短深海长基线定位系统的校准周期。
本发明所采用的技术方案如下：
一种多功能声信标，包括全向应答器，所述全向应答器上可拆卸的连接深度计，全向应答器下端通过连接件可拆卸的连接圆柱形声阵，圆柱形声阵下端固定连接水下电子舱；所述水下电子舱外表面中部套设具有浮力的平衡盘，平衡盘包括浮力结构体，浮力结构体内设有多个平衡调节器安装槽，多个平衡调节器安装槽沿着浮力结构体圆周方向均匀分布，浮力结构体上通过连接件可拆卸的连接盘盖，盘盖将浮力结构体上的平衡调节器安装槽包覆在内，平衡调节器安装槽的长度方向沿着浮力结构体径向设置，平衡调节器安装槽内设有平衡调节器；所述水下电子舱下端固定水下绞车，水下绞车下端通过系留绳连接配重块；
所述水下电子舱包括舱体外壳，舱体外壳内设有信号处理与控制模块、惯导模块和电源模块，舱体外壳下端可拆卸的连接舱盖；所述信号处理与控制模块分别和全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、水下绞车和惯导模块电连接，信号处理与控制模块能够接收全向应答器和圆柱形声阵发送的信号，接收惯导模块的航姿信息，并向平衡盘和水下绞车发送控制指令信号；所述电源模块分别和信号处理与控制模块、惯导模块、全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、深度计和水下绞车电连接，电源模块向信号处理与控制模块、惯导模块、全向应答器、圆柱形声阵、平衡盘、深度计和水下绞车统一供电。
进一步的，平衡调节器包括固设在平衡调节器安装槽内的底座，底座上沿长度方向设有传送带，传送带上连接平衡块，传送带两端分别套设在驱动轴和从动轴上，驱动轴和从动轴分别通过轴承座转动连接在底座长度方向的两端，驱动轴一端连接调节电机的驱动轴。
进一步的，浮力结构体和盘盖均采用浮力材料制作。
进一步的，浮力结构体为圆盘状。
进一步的，配重块为铅块。
一种应用多功能声信标的深海长基线阵型校准方法，包括如下步骤：
布放初始信标：根据深海作业需求确立长基线定位系统覆盖区域的中心点 O2，水面母船在该中心点O2对应的水面位置O1布放初始信标至海底L处；
初始信标绝对位置校准：初始信标布放好后，水面母船发送“自校准预备”指令给初始信标，初始信标根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节初始信标深度至H处，通过调节初始信标深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得初始信标被调节至竖直状态；
布放周围信标：初始信标绝对位置校准完成后，以初始信标为中心的圆周上设置多个布放周围信标的点，在每个点处布放一个周围信标；每个周围信标布放结束后，水面母船就立即发送“自校准预备”指令给该周围信标，各周围信标根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节周围信标深度至H处，通过调节周围信标深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得周围信标被调节至竖直状态；
周围信标绝对位置初次校准：各个周围信标布放并校准完毕后，水面母船重新回到出发点O1并发送“自校准开始”指令给初始信标，初始信标根据自身绝对位置和周围信标相对于自身的相对位置矢量，分别解算出各个周围信标的绝对位置，然后将校准结果发送给各个周围信标；
周围信标绝对位置再次校准：周围信标收到由初始信标发出的校准结果后，根据初始信标的绝对位置和自身相对于初始信标的相对位置矢量，独自解算自身的绝对位置，然后再与初始信标提供的校准结果进行加权平均，分别完成自校准，然后发送“自校准完成”信号给初始信标；
结束校准：初始信标接收到周围信标“自校准完成”信号后，立刻发送“自校准结束”指令做出回应，周围信标接收到“自校准结束”指令后，先停用惯导模块，再调节周围信标深度至L处，以避免周围信标阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，周围信标被调节至竖直状态；与此同时，初始信标停用惯导模块，再调节初始信标深度至L处，以避免初始信标阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，初始信标被调节至竖直状态。
进一步的，在所述布放周围信标并校准步骤中，以初始信标为中心的圆周上设置四个点A1、B1、C1和D1，四个点A1、B1、C1、D1和初始信标的连线构成十字形，在A1、B1、C1和D1上分别布放第一信标、第二信标、第三信标和第四信标。
深海长基线阵型校准方法
本发明的有益效果如下：
本发明的校准方法通过在声信标布放完成后接收校准指令进行自动校准，无需母船在上方按指定的轨迹航行来逐个完成校准，节省了大量的校准时间；本发明的多功能声信标集成了能够实现高精度水平测向的圆柱形声阵，并且有平衡盘控制其水平，故初始信标能够精确测得周围信标的距离和水平方位角，再结合自身的绝对位置信息和自身感知测量的航向信息，能够精确解算出周围声信标的绝对位置；本发明通过水下绞车控制信标的深度，既能够在信标进行自校准时，通过增大离底高度来有效避免海底土坡、轮船残骸、海底建筑物等障碍物对声波的干扰，同时也能够统一各个信标深度以实现精确校准；还能够在长基线定位系统工作时，通过减小离底高度来避免阻碍水下航行器近底航行。
附图说明
图1为本发明多功能声信标结构图。
图2为本发明平衡盘拆除盘盖后结构图。
图3为本发明水下电子舱结构图。
图4为本发明电控原理图。
图5为本发明信标布放及校准过程示意图。
图6为本发明信标位置解算原理图。
图7为本发明信标姿态调节俯视图。
图8为本发明信标姿态调节主视图。
其中：1、全向应答器；2、圆柱形声阵；3、平衡盘；31、浮力结构体；32、平衡调节器；321、底座；322、传送带；323、平衡块；324、调节电机；4、水下电子舱；41、舱体外壳；42、信号处理与控制模块；43、惯导模块；44、电源模块；45、舱盖；5、深度计；6、水下绞车；7、系留绳；8、配重块；100、水面母船；200、初始信标；300、第一信标；400、第二信标；500、第三信标；600、第四信标。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明主要包括全向应答器1，全向应答器1上可拆卸的连接深度计5，深度计5能够测量信标的深度信息。全向应答器1下端通过连接件可拆卸的连接圆柱形声阵2，圆柱形声阵2下端固定连接水下电子舱4。
全向应答器1能够接收外界的询问信号并做出应答，全向应答器1为现有技术中的成熟产品，具体可选用Sonardyne公司8300 Compatt 6型应答器。圆柱形声阵2通过向周围信标发射声波并接收应答信号，精确测量周围信标的距离和水平方位角，圆柱形声阵2为现有技术中的成熟产品。
如图1所示，水下电子舱4外表面中部套设平衡盘3，平衡盘3采用浮力材料制作，具有浮力，能够在海水中支撑整个信标竖直设置，为信标提供浮力，同时提高信标的浮心，增强信标的稳定性。
如图2所示，平衡盘3包括圆盘状的浮力结构体31，浮力结构体31内设有多个平衡调节器安装槽，多个平衡调节器安装槽沿着浮力结构体31圆周方向均匀分布。浮力结构体31上通过连接件可拆卸的连接盘盖，盘盖将浮力结构体 31上的平衡调节器安装槽包覆在内。平衡调节器安装槽的长度方向沿着浮力结构体31径向设置，平衡调节器安装槽内设有平衡调节器32。浮力结构体31和盘盖均采用浮力材料制作。
如图2所示，平衡调节器32包括固设在平衡调节器安装槽内的底座321，底座321上沿长度方向设有传送带322，传送带322上连接平衡块323，传送带 322两端分别套设在驱动轴和从动轴上，驱动轴和从动轴分别通过轴承座转动连接在底座321长度方向的两端。驱动轴一端连接调节电机324的驱动轴，调节电机324工作时，能够通过驱动轴带动传送带322运动，传送带322又带动平衡块323沿着平衡盘3的径向运动，从而调节整个平衡盘3的重心位置，实现对平衡盘3位置的平衡调节。
如图1所示，水下电子舱4下端固定水下绞车6，水下绞车6下端通过系留绳7连接配重块8。水下绞车6为现有技术中的成熟产品，在工作时，能够通过释放和回收系留绳7来调节信标的深度。配重块8依靠自身重力牵制信标，并将信标系留在海底，配重块8能够采用铅块。
如图3所示，水下电子舱4包括舱体外壳41，舱体外壳41内设有信号处理与控制模块42、惯导模块43和电源模块44，舱体外壳41下端可拆卸的连接舱盖45。舱体外壳41和舱盖45为信号处理与控制模块42、惯导模块43和电源模块44提供水密和耐压保护。惯导模块43能够精确测量信标的航向和姿态信息。
如图4所示，信号处理与控制模块42能够根据已知的信标节点位置来解算未知的信标节点位置，信号处理与控制模块42分别和全向应答器1、圆柱形声阵2、平衡盘3、水下绞车6和惯导模块43电连接，信号处理与控制模块42 能够接收全向应答器1和圆柱形声阵2发送的信号，接收惯导模块43的航姿信息，并向平衡盘3和水下绞车6发送控制指令信号。
电源模块44分别和信号处理与控制模块42、惯导模块43、全向应答器1、圆柱形声阵2、平衡盘3、深度计5和水下绞车6电连接，电源模块44向信号处理与控制模块42、惯导模块43、全向应答器1、圆柱形声阵2、平衡盘3、深度计5和水下绞车6统一供电。
本发明的深海长基线阵型校准方法，包括如下步骤：
(1).布放初始信标200：如图5所示，根据深海作业需求确立长基线定位系统覆盖区域的中心点O2，水面母船100在该中心点O2对应的水面位置O1布放初始信标200至海底L处；
(2).初始信标200绝对位置校准：如图5所示，初始信标100布放好后，水面母船100发送“自校准预备”指令给初始信标200，初始信标200根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节初始信标200深度至H处，通过调节初始信标200深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得初始信标200被调节至竖直状态；
(3).布放周围信标：初始信标200绝对位置校准完成后，以初始信标200 为中心的圆周上设置多个布放周围信标的点，在每个点处布放一个周围信标；每个周围信标布放结束后，水面母船100就立即发送“自校准预备”指令给该周围信标，各周围信标根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节周围信标深度至H处，通过调节周围信标深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得周围信标被调节至竖直状态；
如图5所示的实施例中，初始信标200绝对位置校准完成后，以初始信标 200为中心的圆周上设置四个点A1、B1、C1和D1，四个点A1、B1、C1、 D1和初始信标200的连线构成十字形，在A1、B1、C1和D1上分别布放第一信标300、第二信标400、第三信标500和第四信标600；
(4).周围信标绝对位置初次校准：各个周围信标布放并校准完毕后，水面母船100重新回到出发点O1并发送“自校准开始”指令给初始信标200，初始信标200根据自身绝对位置和周围信标相对于自身的相对位置矢量，分别解算出各个周围信标的绝对位置，然后将校准结果发送给各个周围信标；
(5).周围信标绝对位置再次校准：周围信标收到由初始信标200发出的校准结果后，根据初始信标200的绝对位置和自身相对于初始信标200的相对位置矢量，独自解算自身的绝对位置，然后再与初始信标2提供的校准结果进行加权平均，分别完成自校准，然后发送“自校准完成”信号给初始信标200；
(6).结束校准：初始信标200接收到周围信标“自校准完成”信号后，立刻发送“自校准结束”指令做出回应，周围信标接收到“自校准结束”指令后，先停用惯导模块，再调节周围信标深度至L处，以避免周围信标阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，周围信标被调节至竖直状态；与此同时，初始信标200停用惯导模块，再调节初始信标200深度至L处，以避免初始信标200阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，初始信标200被调节至竖直状态。
上述校准方法中提到的初始信标200、第一信标300、第二信标400、第三信标500和第四信标600均采用本发明中提到的多功能声信标。
为了更好的解释本发明的深海长基线阵型校准方法的信标位置解算原理，现对信标位置解算原理进行阐述：
在两个信标之间，若已知其中一个信标的绝对位置和另一信标相对该信标的相对位置矢量，则显然可解算出另一信标的绝对位置。
如图6所示，在本发明中，在初始信标200和周围信标处于同一深度的前提下，已知其中一个信标在水平面内的绝对坐标(x1，y1)和该信标的航向角ψ，并且可测量另一信标的水平方位角θ及相对距离d，则可计算出另一信标的绝对坐标(x2，y2)。
计算公式如下：
Figure RE-GDA0002535359720000071
上述计算方法和计算公式是现有技术，此处仅作为对信标位置解算原理的解释。
本发明的信标姿态调节原理：
在水下绞车6释放系留绳7后，信标的重心将发生变化，可能会导致信标出现小角度倾斜。为实现对周围信标水平方位角的精确测量，需要将本信标调节至竖直状态，使得圆柱形声阵2处于水平状态，进而保证圆柱形声阵2发射出的声波在水平面附近传播。
如图7和图8所示，假设A1、B1、C1分别表示平衡盘3上三个平衡块A、 B、C的初始位置，O是平衡盘3的中心，三个平衡块A、B、C的重心分别为A1、B1、C1。在无外力矩干扰的时候，平衡盘3理论上处于水平状态，即三个平衡块 A、B、C处于同一水平面，且杆臂OA1＝OB1＝OC1。当受到外力矩作用，平衡盘3 发生倾斜，这里假设平衡盘绕MN轴转动且最终稳定在倾角α处，并假定平衡块 A低于O点，而B、C高于O点。
信标出现固定倾角α将不利于信标自校准工作，影响自校准精度，此时须启动姿态调节系统将信标调节至竖直状态。具体说来，水下电子舱4中的信号处理与控制模块42，根据惯导模块43测量到的姿态角信息，自动生成控制指令并发送给平衡盘3的平衡调节器32，通过驱动调节电机324来带动传送带322 滚动，进而使平衡块B和C跟随传送带322移动，平衡块B、C分别从位置B1、 C1移动到位置B2、C2。随着杆臂的增大，调节力矩逐渐增大，平衡盘3在调节力矩的作用下转动，倾角α逐渐减小至0°，最终再次回到水平状态，信标也在平衡盘3的带动下回到竖直状态。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种多功能声信标，包括全向应答器(1)，其特征在于：所述全向应答器(1)上可拆卸的连接深度计(5)，全向应答器(1)下端通过连接件可拆卸的连接圆柱形声阵(2)，圆柱形声阵(2)下端固定连接水下电子舱(4)；所述水下电子舱(4)外表面中部套设具有浮力的平衡盘(3)，平衡盘(3)包括浮力结构体(31)，浮力结构体(31)内设有多个平衡调节器安装槽，多个平衡调节器安装槽沿着浮力结构体(31)圆周方向均匀分布，浮力结构体(31)上通过连接件可拆卸的连接盘盖，盘盖将浮力结构体(31)上的平衡调节器安装槽包覆在内，平衡调节器安装槽的长度方向沿着浮力结构体(31)径向设置，平衡调节器安装槽内设有平衡调节器(32)；所述水下电子舱(4)下端固定水下绞车(6)，水下绞车(6)下端通过系留绳(7)连接配重块(8)；
所述水下电子舱(4)包括舱体外壳(41)，舱体外壳(41)内设有信号处理与控制模块(42)、惯导模块(43)和电源模块(44)，舱体外壳(41)下端可拆卸的连接舱盖(45)；所述信号处理与控制模块(42)分别和全向应答器(1)、圆柱形声阵(2)、平衡盘(3)、水下绞车(6)和惯导模块(43)电连接，信号处理与控制模块(42)能够接收全向应答器(1)和圆柱形声阵(2)发送的信号，接收惯导模块(43)的航姿信息，并向平衡盘(3)和水下绞车(6)发送控制指令信号；所述电源模块(44)分别和信号处理与控制模块(42)、惯导模块(43)、全向应答器(1)、圆柱形声阵(2)、平衡盘(3)、深度计(5)和水下绞车(6)电连接，电源模块(44)向信号处理与控制模块(42)、惯导模块(43)、全向应答器(1)、圆柱形声阵(2)、平衡盘(3)、深度计(5)和水下绞车(6)统一供电。
2.如权利要求1所述的一种多功能声信标，其特征在于：所述平衡调节器(32)包括固设在平衡调节器安装槽内的底座(321)，底座(321)上沿长度方向设有传送带(322)，传送带(322)上连接平衡块(323)，传送带(322)两端分别套设在驱动轴和从动轴上，驱动轴和从动轴分别通过轴承座转动连接在底座(321)长度方向的两端，驱动轴一端连接调节电机(324)的驱动轴。
3.如权利要求1所述的一种多功能声信标，其特征在于：所述浮力结构体(31)和盘盖均采用浮力材料制作。
4.如权利要求3所述的一种多功能声信标，其特征在于：所述浮力结构体(31)为圆盘状。
5.如权利要求1所述的一种多功能声信标，其特征在于：所述配重块(8)为铅块。
6.一种应用权利要求1所述的多功能声信标的深海长基线阵型校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
布放初始信标(200)：根据深海作业需求确立长基线定位系统覆盖区域的中心点O2，水面母船(100)在该中心点O2对应的水面位置O1布放初始信标(200)至海底L处；
初始信标(200)绝对位置校准：初始信标(100)布放好后，水面母船(100)发送“自校准预备”指令给初始信标(200)，初始信标(200)根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节初始信标(200)深度至H处，通过调节初始信标(200)深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得初始信标(200)被调节至竖直状态；
布放周围信标：初始信标(200)绝对位置校准完成后，以初始信标(200)为中心的圆周上设置多个布放周围信标的点，在每个点处布放一个周围信标；每个周围信标布放结束后，水面母船(100)就立即发送“自校准预备”指令给该周围信标，各周围信标根据指令先在初始位置L处启动惯导模块，使惯导模块完成初始对准，再通过控制水下绞车来调节周围信标深度至H处，通过调节周围信标深度来避免海底障碍物对声波的阻挡，并且统一各个信标的深度便于精确校准，最后调节平衡盘水平，使得周围信标被调节至竖直状态；
周围信标绝对位置初次校准：各个周围信标布放并校准完毕后，水面母船(100)重新回到出发点O1并发送“自校准开始”指令给初始信标(200)，初始信标(200)根据自身绝对位置和周围信标相对于自身的相对位置矢量，分别解算出各个周围信标的绝对位置，然后将校准结果发送给各个周围信标；
周围信标绝对位置再次校准：周围信标收到由初始信标(200)发出的校准结果后，根据初始信标(200)的绝对位置和自身相对于初始信标(200)的相对位置矢量，独自解算自身的绝对位置，然后再与初始信标(2)提供的校准结果进行加权平均，分别完成自校准，然后发送“自校准完成”信号给初始信标(200)；
结束校准：初始信标(200)接收到周围信标“自校准完成”信号后，立刻发送“自校准结束”指令做出回应，周围信标接收到“自校准结束”指令后，先停用惯导模块，再调节周围信标深度至L处，以避免周围信标阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，周围信标被调节至竖直状态；与此同时，初始信标(200)停用惯导模块，再调节初始信标(200)深度至L处，以避免初始信标(200)阻碍水下航行器近底航行，最后调节平衡盘使其水平设置，初始信标(200)被调节至竖直状态。
7.如权利要求6所述的深海长基线阵型校准方法，其特征在于：在所述布放周围信标并校准步骤中，以初始信标(200)为中心的圆周上设置四个点A1、B1、C1和D1，四个点A1、B1、C1、D1和初始信标(200)的连线构成十字形，在A1、B1、C1和D1上分别布放第一信标(300)、第二信标(400)、第三信标(500)和第四信标(600)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117146830A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 山东科技大学 一种自适应多信标航位推算和长基线的紧组合导航方法

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1226621A (en) * 1983-10-18 1987-09-08 Kenneth S. Darton Remote calibration for acoustic transducer array
CN1704767A (zh) * 2004-05-26 2005-12-07 中国科学院沈阳自动化研究所 水下全球定位系统接收装置
US20100079333A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Janky James M Method and system for location-dependent time-specific correction data
CN101833081A (zh) * 2010-04-23 2010-09-15 哈尔滨工程大学 深海海底应答器绝对位置的精确标校方法
CN102121988A (zh) * 2010-11-30 2011-07-13 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种用于高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵
CN102331275A (zh) * 2011-06-10 2012-01-25 中国海洋大学 基于贯入式探针的深海多要素综合观测系统
US20140022530A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-23 Chevron Usa Inc. Structure monitoring
CN105438408A (zh) * 2015-12-29 2016-03-30 台州市航天恒通科技有限公司 全方位智能检测浮标
CN206038923U (zh) * 2016-08-16 2017-03-22 浙江海洋大学 水声换能器水下定位装置
CN107351096A (zh) * 2017-08-17 2017-11-17 钦州学院 可控制水下机器人
CN107539475A (zh) * 2017-08-03 2018-01-05 上海海事大学 一种空水多栖航行器的控制方法
CN108318863A (zh) * 2017-12-28 2018-07-24 浙江大学 基于海底信标的水下无人设备无源定位方法及其系统
CN208092220U (zh) * 2018-03-19 2018-11-13 中电科海洋信息技术研究院有限公司 基于大型海上浮台的水下定位系统
CN108964737A (zh) * 2018-07-02 2018-12-07 浙江大学 一种基于圆阵列的超指向性水下通信接收机及通信方法
CN109782323A (zh) * 2018-12-24 2019-05-21 中国船舶重工集团公司第七一0研究所 一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法
CN110193460A (zh) * 2019-05-29 2019-09-03 北京工业大学 一种全向型磁集中器式兰姆波电磁声换能器
CN110501671A (zh) * 2019-08-30 2019-11-26 深圳大学 一种基于测量分配的目标跟踪方法及装置
CN110554359A (zh) * 2019-09-11 2019-12-10 哈尔滨工程大学 一种融合长基线与单信标定位的海底飞行节点定位方法
CN110703197A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式
AU2020201822A1 (en) * 2015-04-30 2020-04-02 Mist Systems, Inc. Methods and apparatus relating to the use of real and/or virtual beacons

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1226621A (en) * 1983-10-18 1987-09-08 Kenneth S. Darton Remote calibration for acoustic transducer array
CN1704767A (zh) * 2004-05-26 2005-12-07 中国科学院沈阳自动化研究所 水下全球定位系统接收装置
US20100079333A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Janky James M Method and system for location-dependent time-specific correction data
CN101833081A (zh) * 2010-04-23 2010-09-15 哈尔滨工程大学 深海海底应答器绝对位置的精确标校方法
CN102121988A (zh) * 2010-11-30 2011-07-13 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种用于高分辨彩色水平鱼探仪的宽带声基阵
CN102331275A (zh) * 2011-06-10 2012-01-25 中国海洋大学 基于贯入式探针的深海多要素综合观测系统
US20140022530A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-23 Chevron Usa Inc. Structure monitoring
AU2020201822A1 (en) * 2015-04-30 2020-04-02 Mist Systems, Inc. Methods and apparatus relating to the use of real and/or virtual beacons
CN105438408A (zh) * 2015-12-29 2016-03-30 台州市航天恒通科技有限公司 全方位智能检测浮标
CN206038923U (zh) * 2016-08-16 2017-03-22 浙江海洋大学 水声换能器水下定位装置
CN107539475A (zh) * 2017-08-03 2018-01-05 上海海事大学 一种空水多栖航行器的控制方法
CN107351096A (zh) * 2017-08-17 2017-11-17 钦州学院 可控制水下机器人
CN108318863A (zh) * 2017-12-28 2018-07-24 浙江大学 基于海底信标的水下无人设备无源定位方法及其系统
CN208092220U (zh) * 2018-03-19 2018-11-13 中电科海洋信息技术研究院有限公司 基于大型海上浮台的水下定位系统
CN108964737A (zh) * 2018-07-02 2018-12-07 浙江大学 一种基于圆阵列的超指向性水下通信接收机及通信方法
CN109782323A (zh) * 2018-12-24 2019-05-21 中国船舶重工集团公司第七一0研究所 一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法
CN110193460A (zh) * 2019-05-29 2019-09-03 北京工业大学 一种全向型磁集中器式兰姆波电磁声换能器
CN110501671A (zh) * 2019-08-30 2019-11-26 深圳大学 一种基于测量分配的目标跟踪方法及装置
CN110554359A (zh) * 2019-09-11 2019-12-10 哈尔滨工程大学 一种融合长基线与单信标定位的海底飞行节点定位方法
CN110703197A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） 一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUNFENG HAN 等: ""Accurate underwater localization using LBL positioning system"", 《OCEANS 2015 - MTS/IEEE WASHINGTON》 *
周宏坤 等: "" 深海大型载人作业平台声学系统和技术探讨"", 《中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集》 *
韩云峰 等: ""长基线定位系统高精度阵型标定方法"", 《声学学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117146830A (zh) * 2023-10-31 2023-12-01 山东科技大学 一种自适应多信标航位推算和长基线的紧组合导航方法
CN117146830B (zh) * 2023-10-31 2024-01-26 山东科技大学 一种自适应多信标航位推算和长基线的紧组合导航方法

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