海洋科技前沿 基于长基线和超短基线联合的拖曳目标定位技术.pdfVIP

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科技前沿▏基于长基线和超短基线联合的拖曳目标定位

技术

水下运动拖曳目标或设备平台是海洋科学研究、勘探开

发、海上试验等活动的重要工具和载体。在实际应用中，需要

实时精确测量拖曳目标的水下位置。近年来，海洋测绘、海洋

勘探、海上试验、舰船抗冲击试验等对水下拖曳目标定位精度

的要求越来越高。水声定位技术是确定水下拖曳目标位置的有

效手段。长基线和超短基线水声定位是2种常见的定位方法。

长基线水声定位系统具有作用距离远、定位精度高等优点，并

得到了广泛应用，但需测量船围绕目标多次运动，不便于实际

应用。超短基线定位系统使用布放方便，但定位精度稍差。

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为此，本文拟提出一种基于长基线和超短基线联合的拖曳

目标定位技术，将甲板单元换能器和超短基线定位基阵作为长

基线定位的阵元，结合超短基线定位的先验数据，获取更高精

度的水下拖曳目标位置。

一、系统组成

设计了一套基于长基线和超短基线联合的定位系统，以完成水面目标

与拖曳目标应答器的高精度定位测量及二者的相对态势测量，为特定需求

的海上试验或作业提供技术支撑。

系统包括主测量船系统、分测量船系统和水面目标船系统（图1）。

主测量船系统由超短基线定位基阵、主处理单元、高精度罗经（惯导）、

应答器、主控处理分机、数传电台、差分GPS组成；分测量船系统由甲板

单元及甲板单元换能器、数传电台、差分GPS组成；水面目标船系统由水

面目标船测量分机、显示器、差分GPS和数传电台组成。

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图1系统组成示意图

二、系统技术原理

⒈整体技术原理

系统工作的最终目的是实现对水面目标船和拖曳目标的实时位置定

位，其基本工作原理为：

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⑴通过差分GPS确定超短基线定位基阵的绝对大地GPS坐标；

⑵将应答器安装于拖曳目标上，通过长基线和超短基线联合定位，确

定应答器与超短基线定位基阵的相对位置，通过换算得到应答器的绝对大

地GPS坐标，即为拖曳目标的绝对大地GPS坐标；

⑶通过差分GPS得到水面目标船的绝对大地GPS坐标；

⑷通过实时解算拖曳目标（应答器）和水面目标船两者的绝对大地

GPS坐标，获取水面目标船和拖曳目标（应答器）的实时位置态势。

系统海上实施配置示意图如图2所示。

图2系统海上实施配置示意图

⒉分系统工作原理

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利用主测量船、分测量船和水面目标船上安装的数传电台实现各系统

的实时数据交换。

在主测量船上，超短基线定位基阵固定在布放回收装置下端，使用时

放入水中，差分GPS的天线和高精度罗经均安装在回收装置顶部并与其刚

性连接。其中，差分GPS实现超短基线定位基阵的绝对大地GPS坐标测

量，并将数据传送至主控处理分机；高精度罗经完成主测量船的横摇及纵

摇测量，为水声定位提供姿态数据。拖曳目标上安装应答器，超短基线定

位基阵发送声学询问信号，应答器收到询问信号后发射应答信号，并由超

短基线定位基阵接收，利用超短基线定位原理对应答器位置进行初步解

算，信息进入主控处理分机，后与分测量船甲板单元的测距信息融合，进

行长基线定位解算，得到高精度的拖曳目标（应答器）相对位置。最终由

主控处理分机联合解算超短基线定位基阵绝对大地GPS坐标和拖曳目标

（应答器）与超短基线定位基阵相对位置，得到拖曳目标（应答