GYROUSBL在深海水下定位中的应用
超短基线定位原理
超短基线定位原理
超短基线定位（Ultra-Short Baseline，简称USBL）是一种海洋定位技术，它利用声波传播的特性，在水下环境中进行位置的测量。
USBL定位系统主要由发射器、接收器、控制器和计算机组成，其原理是通过发射一定频率的声波信号，然后由接收器接收到反射回来的信号，通过测量声波的传播时间和信号的强度等参数，可以计算出声波信号发射器和接收器之间的距离和方向。
在进行USBL定位时，需要将发射器安装在水下航行器上，接收器则安装在水下固定点上，通过发射器和接收器之间的声波信号进行交互，可以精准地测量出航行器的位置。
此外，通过同时使用多个接收器和发射器，可以进一步提高定位精度。
USBL定位技术具有定位精度高、适用范围广等优点，在海洋勘探、水下作业、海洋科学研究等领域得到了广泛的应用。
目前，USBL定位技术已成为海洋勘探和水下作业中的重要手段之一。
水下定位系统(USBL)
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和应用。
数据传输
通过有线或无线方式将定位数据 实时传输到上位机或控制中心，
实现远程监控和管理。
数据接口
提供标准的数据接口，方便与其 他系统进行集成和数据共享。
04
USBL系统性能指标评价方法
定位精度指标分析
均方根误差(RMSE)
衡量定位精度的常用指标，计算预测位置与实际位置之间的欧氏距离的平均值。
USBL定位算法
到达时间差（TDOA）定位算法
通过测量声波到达不同接收阵元的时间差，结合阵列的几何关系和声速信息，解算出目标 的位置。
到达角度（AOA）定位算法
利用阵列信号处理技术估计出声波到达阵列的方位角和俯仰角，进而确定目标的位置。
联合TDOA和AOA定位算法
同时利用TDOA和AOA信息，构建联合定位方程组，提高定位精度和稳定性。
深度学习算法应用
通过深度学习算法对传感器数据进行处理和分析 ，提高水下定位系统的智能化水平。
新型水声通信技术
采用高速、高效的水声通信技术，实现水下定位 系统与水面支持设备之间的实时数据传输。
智能化、自主化发展趋势
自主导航技术
结合惯性导航、地形匹配等自主导航技术，提高水下定位系统的 自主性和适应性。
最大正负差(Max/Min Error)
表示定位结果中最大正偏差和最大负偏差，用于评估系统的极端误差情况。
圆概率误差(CEP)
以50%的概率落在以真实位置为圆心、半径为CEP的圆内的定位误差。
稳定性指标评估
01
重复定位精度
在相同条件下，多次定位结果的 一致性程度，反映系统的稳定性 。
漂移误差
02
03
水下定位系统(USBL)
深海探测器的自主导航技术与应用研究与分析
深海探测器的自主导航技术与应用研究与分析在人类探索海洋的进程中，深海探测器扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断进步，深海探测器的自主导航技术也取得了显著的发展，为我们深入了解神秘的深海世界提供了有力的支持。
深海环境极为复杂和恶劣，压力巨大、温度极低、光线微弱，这给深海探测器的导航带来了巨大的挑战。
在这样的环境下，传统的导航方法往往难以奏效，因此，发展先进的自主导航技术成为了必然的选择。
目前，常见的深海探测器自主导航技术主要包括惯性导航、声学导航、地球物理场导航以及组合导航等。
惯性导航是一种不依赖外部信息的自主导航方式，通过测量探测器的加速度和角速度来推算其位置和姿态。
然而，惯性导航存在误差积累的问题，长时间工作后精度会逐渐降低。
声学导航则是利用声波在海水中的传播特性来实现导航。
例如，长基线声学导航系统通过在海底布设多个声学基站，探测器接收基站发射的信号来确定自身位置。
这种导航方式精度较高，但系统复杂，成本昂贵，而且容易受到海洋环境噪声的干扰。
地球物理场导航是基于海洋中地球物理场的特征来进行导航，如地磁场、重力场等。
这种导航方式具有自主性强、隐蔽性好等优点，但地球物理场的测量精度和模型精度对导航效果有较大影响。
为了克服单一导航技术的局限性，组合导航技术应运而生。
将惯性导航与声学导航、地球物理场导航等相结合，可以充分发挥各种导航技术的优势，提高导航系统的精度和可靠性。
深海探测器自主导航技术的应用领域非常广泛。
在海洋科学研究方面，它能够帮助科学家精确地测量海洋物理、化学和生物等参数，深入了解海洋的生态系统和气候变化。
例如，通过自主导航，探测器可以按照预定的轨迹采集不同深度的水样，分析其中的化学成分和微生物群落，为研究海洋的物质循环和生态平衡提供重要的数据。
在资源勘探方面，深海蕴含着丰富的矿产资源和能源，如石油、天然气、锰结核等。
深海探测器的自主导航技术可以使勘探设备准确地到达目标区域，进行高效的资源探测和评估。
免标定便携式高精度全球超短基线水下定位系统(USBL)-GAPS-劳雷海洋
超短基线声学定位（USBL）解决方案: GAPS
北京劳雷海洋仪器
独特特点：
独特性能：
配备优势：
集成高精度光纤级惯导系统，能为水面母船提供精确的姿态数据，可直接用于母船多波束测深系统等设备；同时高精度超短基线功能，可为水下载体和结构物提供精确定位数据。
而一体化且已标定集成固件，使系统在现场无需进行标定，可便携式安装并快速输出数据，大大节省海上作业时间。
主要应用：
海上，AUV和ROV导航，水下测量和检查，钻井，动力定位（DP），结构物安装，管道和缆线布防，潜水员跟踪，地震，海洋科学，防卫系统，新能源领域
技术优势：
产品革新：集成USBL，高等级INS，实时定位和GPS技术，多用途的GAPS 能最大限度地满足海面和水下定位及导航的要求；
技术先进：采用先进信号处理技术和3D声学天线，定位精度可达0.06%斜距，适用范围覆盖10米极浅水至4000米深水
使用方便：一体化便携式结构，无须标定，可快速简便投放，节约时间和成本
主要技术指标：
水下定位
定位精度：0.06%*斜距
有效距离：4000m
覆盖范围：200º(以换能器为中心200°半球形范围内)
水面定位
艏向精度：0.01°
横摇/纵摇精度：0.01°
GAPS系统（内含惯导），为便携式系统，无需标定,重新安装即装即用!!!
水下调查及作业时，Ixblue公司GAPS等产品典型应用。
无人机在海底资源勘探中的应用
无人机在海底资源勘探中的应用摘要：无人机在海底资源勘探中的应用随着科技的不断进步，无人机的应用越来越广泛。
在海底资源勘探领域，无人机也发挥着重要的作用。
本文将围绕无人机在海底资源勘探中的应用进行探讨和分析。
首先，无人机可以通过搭载各种传感器和设备，对海底矿产资源进行探测和勘探。
无人机可以利用高精度定位系统，对海底地貌进行测绘，帮助矿产勘探者了解地质情况，提供基础数据支持。
同时，无人机还可以搭载声纳设备，通过声纳波的反射和回波分析，实现对海底矿物储量和种类的初步判断和分析。
此外，无人机还可以搭载光学和电磁设备，通过陆地或卫星接收器接收反射或辐射的信息，并进行图像分析和处理，从而对海底资源的分布和特征进行更加准确的判断。
其次，无人机在海底资源勘探中的应用还体现在探测设备的放置和维护上。
在传统的勘探方式中，人工搭建设备成本高昂且效率低下，而无人机可以通过空中投放和精确控制，快速安装和布设探测设备。
此外，无人机还可以通过视觉和传感器信息，对探测设备进行智能监测和维护，在设备损坏或故障时及时报警和修复，提高勘探效率并降低成本。
无人机在海底资源勘探中的应用还体现在数据收集和传输上。
无人机可以携带大容量的存储设备，实现高清图像、视频和数据的采集和储存。
同时，无人机也可以通过无线网络和卫星通信，将数据及时传输到陆地指挥中心，供相关人员实时分析和决策。
总结起来，无人机在海底资源勘探中的应用可以大大提高勘探效率、降低成本和风险。
然而，目前无人机在海底资源勘探中的应用还存在一些技术和法律等方面的挑战，需要不断加强研发和制定相关和规范。
相信随着技术的进步和应用的推广，无人机在海底资源勘探中的应用将发挥越来越重要的作用。
关键词：无人机；海底资源勘探；探测；勘探效率；数据收集和传输.。
水下机器人在海洋资源勘探中的新技术应用
水下机器人在海洋资源勘探中的新技术应用海洋，覆盖了地球表面的约 70%，蕴含着丰富的资源，如石油、天然气、矿产、生物资源等。
然而，海洋环境复杂、恶劣，对人类的直接勘探和开发带来了巨大的挑战。
水下机器人的出现和不断发展，为海洋资源勘探带来了新的希望和可能。
它们凭借先进的技术，能够深入海洋深处，获取宝贵的数据和信息，为资源的开发和利用提供了重要的支持。
水下机器人，也被称为无人遥控潜水器（ROV）或自主式水下航行器（AUV），是一种能够在水下自主或遥控操作的智能化设备。
在海洋资源勘探中，水下机器人发挥着越来越重要的作用，其新技术的应用也在不断拓展和深化。
在传感器技术方面，水下机器人配备了一系列高精度、高灵敏度的传感器。
例如，多波束测深仪能够快速、准确地测量海底地形，绘制出详细的海底地貌图；侧扫声纳可以探测海底的地质结构和物体分布；磁力仪则用于测量海底磁场，帮助寻找磁性矿产资源。
这些传感器的性能不断提升，数据精度和分辨率越来越高，为海洋资源勘探提供了更加准确和丰富的信息。
视觉技术的应用也是水下机器人的一大亮点。
高清摄像机和先进的图像处理技术，使得水下机器人能够拍摄清晰的海底图像和视频。
通过计算机视觉算法，对这些图像和视频进行分析和处理，可以识别出海底的矿产露头、生物群落、沉船等目标。
同时，水下机器人还可以利用激光扫描技术，构建三维海底模型，更加直观地展示海底的形态和特征。
在动力与推进技术方面，新型的能源系统和高效的推进器使得水下机器人的续航能力和作业范围大大增加。
例如，采用锂电池或燃料电池作为能源，能够提供更长时间的动力支持；而无刷直流电机和喷水推进器等先进的推进技术，则提高了水下机器人的运动性能和操控性。
此外，一些水下机器人还具备自主充电和能源管理功能，能够在作业过程中根据能源状况自动调整工作模式，提高能源利用效率。
通信技术的进步也为水下机器人的应用带来了便利。
传统的水下通信方式存在着数据传输速率低、距离有限等问题。
深拖水下定位系统解析
《深拖水下定位系统解析》摘要：DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;navigation and positioning，USBL水下声学定位系统是工程勘察作业公司引进专用于深水拖曳设备定位，该系统具有定位精度高，跟踪目标距离远的特点，有效提高深水井场调查深拖作业数据采集质量，2系统进行水下定位， Ranger 2水下定位系统校准后拖体轨迹对比见图2陈小冬摘要：中国海洋石油油气勘探开发不断向深海推进，海洋工程勘察起着越来越重要作用。
USBL水下定位系统广泛应用于海洋工程勘察的各个领域。
本文通过介绍海洋工程勘察深水装备深拖DT-1系统采用Ranger 2 USBL定位方法，阐述其技术特点，为提高水下拖曳装备定位精度提供一种思路。
关键词：深拖DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;导航定位Abstract： China"s offshore oil and gas exploration and development are constantly advancing into the deep sea， and marine engineering exploration is playing an increasingly important role. USBL underwater positioning system is widely used in various fields of marine engineering survey. This article introduces the Ranger 2 USBL positioning method for the deep towed DT-1 system of offshore engineering survey deep water equipment， and expounds its technical characteristics， providing a way to improve the positioning accuracy of underwater towed equipment.Key words： deep drag DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;navigation and positioning0 引言EDGETECH公司的2400 DT-1 深拖系统是一套成熟的、目前在全世界有大量用户的深海拖曳系统，系统可以在一次拖曳作业中获得多波束测深数据、侧扫声呐数据、浅地层剖面数据以及其他传感器数据如声速数据、压力传感器数据等。
深海探测技术的应用案例分析
深海探测技术的应用案例分析深海，这片神秘而广阔的领域，蕴藏着无尽的奥秘和资源。
随着科技的不断进步，深海探测技术得以迅速发展，为人类揭开了深海的神秘面纱，并在多个领域展现出了重要的应用价值。
在资源勘探方面，深海探测技术发挥着关键作用。
以深海石油和天然气的勘探为例，先进的地震勘探技术能够精确地描绘海底地质结构，帮助地质学家识别潜在的油气储层。
通过使用多波束测深系统、侧扫声纳等设备，对海底地形进行详细测绘，为钻井平台的选址提供了重要依据。
例如，在墨西哥湾的深海油气勘探中，高精度的海底测绘技术使得勘探公司能够发现深埋在海底数千米以下的大型油气田。
这些油气资源的发现不仅为能源供应提供了新的保障，也促进了当地经济的发展。
深海矿产资源的勘探也是深海探测技术的重要应用领域之一。
多金属结核、富钴结壳、深海热液硫化物等矿产资源在深海中广泛分布。
深海拖网、深海采样器等设备能够采集海底的岩石和沉积物样本，通过化学分析确定其中的矿物质成分和含量。
在太平洋的某些区域，深海探测技术的应用使得科学家们发现了大规模的多金属结核矿场，为未来的矿产开发奠定了基础。
在科学研究方面，深海探测技术为我们深入了解地球的演化、海洋生态系统以及气候变化等提供了宝贵的资料。
深海热液喷口是地球上独特的生态系统之一，那里的生物依靠化学反应产生的能量生存。
借助深海潜水器，科学家能够直接观察热液喷口周围的生物群落，研究它们的独特适应性和生态关系。
同时，对热液喷口周围的水样和岩石样本进行分析，有助于揭示地球内部的化学过程和地质活动。
深海沉积物中的微体化石和同位素记录也是研究地球历史和气候变化的重要线索。
通过深海钻探技术获取的岩芯样本，科学家可以分析不同时期的气候和环境变化。
例如，在对南极附近深海沉积物的研究中，发现了冰期和间冰期的交替对海洋环流和生物生产力的影响，进一步加深了我们对全球气候变化机制的理解。
深海探测技术在军事领域也具有重要意义。
深海环境复杂，声波传播特性独特，为潜艇的隐蔽和作战提供了有利条件。
浅谈Ranger2USBL在水下载体定位方面的应用
关键 词： Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ＵＳ Ｂ Ｌ 超短基 线声学定位 ： 海洋 施工； 压 块铺排
１ Ｒａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ ＵＳ ＢＬ 系统概述
Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ 超 短基线 的定位精度可由以下公式评估 ：
ｏ￣ ｔ Ｊ Ｓ Ｂ Ｌ＝Ｒ ｏ ２ ０ ＋ＲＯ Ｒ Ｏ ＋Ｒ ｏ Ｉ ＋ Ｏ ２ Ｒ＋ Ｏ ２ ＧＰ Ｓ
终改正数输入到导航软件Ｃ Ｔ Ｈ ＭＥ中 （ 这时Ｃ Ｔ Ｈ ＭＥ 软件显示两个信标连线
其 中： Ｒ 为 目标斜距，可 以通过公式Ｒ ＝ ｌ ／ ２ ｖ ｔ 求得 ， （ ｖ 为声在水 中的传播 速度 ； ｔ 为声波在水 中的传播 时间） ； ＆ ５ ５ ：为水中声波的波长 ； ｄ 为基元 间 距；妒 ｔ ２ ｌ ３两个换能器收到信号与参考基元 间的相位差 （ 接收基阵正前 方 的换 能器为参考 基元） ； 深度ｈ 值 由应 答器本 身所 携带 的深度传 感器测 得。 通过 以上的理论框 架， Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ Ｕ Ｓ Ｂ Ｌ 系统 内的数据 处理系统 就可 以
解算出应答器相对于船载换能器三维 空间坐标 （ Ｘａ ， Ｙａ ， ｈ ） 。 １ ． ２ Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ 系 统 组成 Ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｒ ２ＵＳ Ｂ Ｌ系统包括３ 个主要部分 ： 甲板显示部分 （ 数据 处理系统 ， 导航 计算机 ， 导航传感器集成单元） ； 声学发射接 收机 （ 水听器） ； 放置于海底 或载体 的应答器 （ 信标） ， 其 中， 导航传感 器集成单元 与水 听器通讯 电缆连 接。 甲板显示部分的作用是用来显示水 下信标相对于水听器 的相对位 置， 其中包括斜距 、 水平距离 、 与船 舷 的夹角 ， 信号返 回模式 （ ） （ ， Ｙ ＇ ， ｌ １ ） ， 信 号返
水下导航定位系统在水下作业中的应用
水下导航定位系统在水下作业中的应用【摘要】水下导航定位技术是一种集成了导航测姿、水声定位、GPS定位的综合性技术，可广泛应用于水下作业中，如引导潜水员进行打捞、对水下目标进行精确定位等等。
介绍了水下导航定位系统的组成结构，以及在水下作业中的应用。
【关键词】超短基线；水声定位；导航测姿；水下作业1.引言由于深水区域往往能见度较低，且水下周围一般没有参照物，因此潜水员在进行打捞、救助等水下作业活动时，常常会无法准确辨别自身所处位置，无法获知与工作船、打捞目标之间的相对位置关系，给水下作业带来一定困难。
为提高水下搜索作业效率，实现指挥员对潜水员的实时监控，需要配备水下导航定位系统，对潜水员的绝对位置进行精确定位，并引导潜水员进行水下作业。
2.水下导航定位系统的组成水下导航定位系统一般主要由超短基线水声定位系统（USBL）、导航测姿系统、GPS系统以及潜水导航系统组成。
如图1所示。
图1 水下导航定位系统组成2.1 超短基线水声定位系统超短基线水声定位系统主要由超短基线声基阵、声信标以及水声定位处理计算机组成。
超短基线声基阵向水下发送询问信号，声信标接收到询问信号后，向超短基线声基阵发送应答信号，水声定位处理计算机根据超短基线各基元接收到的应答信号的延时，来解算声信标的相对距离和方位，从而对声信标进行定位[1]。
声信标一般安装在待定位设备上或者由潜水员随身携带。
图2 法国iXSea公司研制的GAPS图2是法国iXSea公司研制的GAPS（Global Acoustic Positioning System）超短基线水声定位系统，该系统主要由超短基线水声定位基阵、GPS定位系统以及Octans光纤罗经。
GAPS系统的精度较高，且无需对导航测姿系统以及GPS定位系统进行校准，但其造价昂贵，用于一般水下作业性价比较低。
图3 Scout+超短基线水声定位系统图3是英国Sonardyne公司研制的Scout+超短基线水声定位系统，其基阵内部带有5个声基阵基元，以及1个磁罗盘和1个MRU姿态传感器，若对水下目标定位的精度要求较高，则需要水声定位处理计算机外接高精度导航测姿系统和GPS系统，以替代超短基线声基阵内部的磁罗盘和MRU姿态传感器。
基于长基线水声定位系统水下定位技术初步应用研究
基于长基线水声定位系统水下定位技术初步应用研究田春和;秦建【摘要】Long baseline positioning system, referred to as LBL,is a kind of high precise deep underwater posi⁃tioning system. Based on analyzing the development situations of LBL, the positioning theory and method were stud⁃ied systematically according to the experiment in Songhua lake, and the problems of seabed beacons laying, fixation and recycle in 50 m water depth were solved in this paper. Then relative calibration (baseline calibration) method and absolute calibration (box⁃in) were explored, and the tracking and positioning mode of localizer was determined. An integrated system and a positioning process of LBL were formed, and the high precise underwater positioning da⁃ta were obtained.%长基线定位系统（Long Baseline），简称LBL，是一种高精度深水水下定位系统。
文章在介绍了国内外LBL发展现状基础上，通过松花湖LBL水下定位系统试验，介绍了其定位理论和方法，解决了50 m水深海底信标布放、固定及回收问题，探索了海底应答器相对校准（基线校准）、绝对校准方法，确定了定位标的跟踪定位方式，形成了相对完整的LBL水下定位流程和方法体系，得到了高精度水下定位数据，为实际工程应用提供了真实的理论基础。
试论USBL定位精度简易测量方法
试论USBL定位精度简易测量方法作者：王世强来源：《中国科技博览》2017年第10期[摘要]随着社会的发展以及时代的进步，我们国家近几年的经济水平有了极大程度的提升，经济的快速发展，为社会当中基础行业提供了全面的发展动力，科学技术也在此种发展背景之下受到了极大程度的提升。
USBL定位技术是具有极高应用价值的定位检测方法。
此种检测方法可以在水下实现精准检测。
这就为我们国家的海洋工程建设以及海洋开发提供了良好的技术基础，而海洋开发也是新时代背景之下，我国建设的一个重要内容。
藉此，本文对USBL 定位精度简易测量方法进行了简要的研究[关键词]海洋工程；USBL水下定位系统；定位精度；导航定位中图分类号：TM342 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0360-01前言：二十一世纪是一个经济快速发展，科学技术高度繁荣的时代，在此种时代背景之下，社会建设当中的一些行业在实际的发展过程当中必将会受到进一步的推动。
同时，科学技术的应用也为各个行业发展提高了必要的技术支持。
就现阶段我们国家的海洋工程建设来说，近海油田开发力度正在不断的增加。
这就使得USBL水下定位系统的应用被进一步的推广与应用。
而该系统在实际的应用过程当中，可以为后续施工提供一个良好的施工环境。
因此，对USBL定位精度简易测量方法的研究有着鲜明的现实意义。
一、USBL水下定位系统（一）USBL水下定位系统基础组成对于这种水下定位系统来说，其具体的设计组成部分将会主要包含四个部分：第一个部分是水听器，这也是系统当中一个最为基础的组成部分。
第二部分是导航控制单元。
这个部分在实际的应用过程当中将会是系统运行的具体控制部分。
第三个部分是信标；第四个部分是电缆。
这些组成部分在实际的组成过程当中，仅仅是系统内部设计的基础组成部分。
在实际的应用过程当中，其还需要借助于其它一些设备达到应用目的。
例如工作船舶、GPS系统等[1]。
（二）系统工作基础原理系统在实际的应用过程当中，将会由内部的导航单元来形成相关的工作命令信号，而这些信号将会被通过相关的电缆被进一步传送到设备内部的水听器当中，这样就会让设备原本的基础电信号转化为声波信号从而向目标水域当中发射出去，这种声波信号在相关的水平方向之上将会是全向内容，而这也就是设备内部所发出的基础询问命令，当设备当中的信标接收到了这些询问信号以及相关的指令之后，则会特有信号的具体表征进行信息回答，而与我们所知道的基础数据信息回答方式不同，这种回答方式是依靠于既定信号至指示来完成的，而这些信号信息将会通过水体从而传输到水听器当中，这样水听器就可以实际的检测过程当中发现这些信号，并对这些信号进行接受，从而将其输送回导航控制单元[2]。
免标定便携式高精度全球超短基线水下定位系统(USBL)-GAPS-劳雷海洋
超短基线声学定位（USBL）解决方案: GAPS
北京劳雷海洋仪器
独特特点：
独特性能：
配备优势：
集成高精度光纤级惯导系统，能为水面母船提供精确的姿态数据，可直接用于母船多波束测深系统等设备；同时高精度超短基线功能，可为水下载体和结构物提供精确定位数据。
而一体化且已标定集成固件，使系统在现场无需进行标定，可便携式安装并快速输出数据，大大节省海上作业时间。
主要应用：
海上，AUV和ROV导航，水下测量和检查，钻井，动力定位（DP），结构物安装，管道和缆线布防，潜水员跟踪，地震，海洋科学，防卫系统，新能源领域
技术优势：
产品革新：集成USBL，高等级INS，实时定位和GPS技术，多用途的GAPS 能最大限度地满足海面和水下定位及导航的要求；
技术先进：采用先进信号处理技术和3D声学天线，定位精度可达0.06%斜距，适用范围覆盖10米极浅水至4000米深水
使用方便：一体化便携式结构，无须标定，可快速简便投放，节约时间和成本
主要技术指标：
水下定位
定位精度：0.06%*斜距
有效距离：4000m
覆盖范围：200º(以换能器为中心200°半球形范围内)
水面定位
艏向精度：0.01°
横摇/纵摇精度：0.01°
GAPS系统（内含惯导），为便携式系统，无需标定,重新安装即装即用!!!
水下调查及作业时，Ixblue公司GAPS等产品典型应用。
智慧海洋装备在深海探测中的应用研究
智慧海洋装备在深海探测中的应用研究深海，这片神秘而广袤的领域，一直吸引着人类探索的目光。
随着科技的不断进步，智慧海洋装备的出现为深海探测带来了前所未有的机遇和突破。
深海探测面临着诸多巨大的挑战。
深海环境压力极高，温度极低，光线微弱，通讯困难，这些极端条件对探测设备的性能和可靠性提出了严苛的要求。
智慧海洋装备中的深海潜水器是深海探测的重要工具之一。
例如，无人遥控潜水器（ROV）和自主式水下航行器（AUV）能够携带各种传感器和采样设备，深入到数千米的深海进行观测和作业。
ROV 通过电缆与母船相连，操作人员可以实时控制其动作，进行精确的操作，如抓取样本、安装设备等。
AUV 则具备自主导航和决策能力，能够按照预设的任务规划在深海中自主航行，收集数据并返回。
深海声学装备在深海探测中也发挥着关键作用。
声学多普勒流速剖面仪（ADCP）可以测量深海中的水流速度和方向，为海洋环流和海洋动力研究提供重要数据。
多波束测深系统能够快速、大面积地测量海底地形，绘制出高精度的海底地貌图。
此外，声学通信技术使得深海中的设备能够与水面船只或岸基基站进行有效的信息传输，保障了探测任务的顺利进行。
深海光学装备同样不可或缺。
深海摄像机能够拍摄到深海生物和海底环境的清晰图像，为我们了解深海生态系统和地质结构提供直观的资料。
激光荧光探测仪可以检测深海中的化学物质和生物发光现象，有助于研究深海中的物质循环和生物活动。
在深海资源勘探方面，智慧海洋装备更是大显身手。
深海矿产资源丰富，如锰结核、多金属硫化物等。
地质取样设备能够采集深海岩石和沉积物样本，进行成分分析，为矿产资源的评估和开发提供依据。
磁力仪和重力仪等地球物理勘探设备可以探测海底的地质构造和矿产分布，帮助确定潜在的资源区域。
除了硬件装备，软件系统在智慧海洋装备中也起着至关重要的作用。
数据处理和分析软件能够对海量的探测数据进行快速处理和解读，提取有价值的信息。
模拟和预测软件可以基于探测数据建立海洋模型，预测海洋环境的变化和资源的分布趋势，为科学研究和资源开发提供决策支持。
2024版USBL定位系统
•引言•USBL定位系统概述•USBL定位算法与精度分析•USBL系统设计与实现目•USBL系统测试与验证•USBL系统应用前景与挑战录01引言目的和背景水下定位需求随着海洋资源开发与水下活动的增加，精确的水下定位技术变得越来越重要。
现有技术局限性传统的水下定位方法，如声纳和惯性导航，存在精度不高或易受环境干扰的问题。
USBL技术优势USBL（Ultra-Short Baseline）定位系统以其高精度、高可靠性和灵活性在水下定位领域具有广泛应用前景。
应用前景展望探讨源开发、水下考古、水下救援等领域的应用前景。
分析果，包括定位精度、稳定性和可靠性等方面的评估。
软件功能演示演示能，包括数据采集、处理、分析和结果显示等。
系统原理介绍硬件设备展示汇报范围02USBL定位系统概述USBL定义及原理定义USBL（Ultra-Short Baseline）是一种水下声学定位技术，通过测量水下目标反射或发射的声波信号到达接收基阵的时间差，从而确定目标的位置。
原理USBL定位系统通常由一个或多个水听器基阵、信号处理器、显示及控制系统等组成。
当水下目标发射声波信号时，各水听器接收到信号的时间存在差异，通过测量这个时间差并结合已知的声速，可以计算出目标相对于基阵的距离和方位。
USBL系统组成信号处理器水听器基阵对接收到的声波信号进行处理，包括放大、滤波、数字化等步骤，以提取出目标的位置信息。
显示及控制系统USBL技术优势高精度定位宽覆盖范围实时性灵活性03USBL定位算法与精度分析算法流程1. 接收基阵接收目标发射的声波信号；2. 测量声波信号到达各接收阵元的时间差；01 02适用性评估算法在不同应用场景和条件下的适用性和通用性。
定位精度评估算法解算出的目标位置与实际位置的偏差程度，通常以均方根误差（RMSE ）或圆概率误差（CEP ）等指标来衡量。
实时性评估算法处理速度和响应时间，以满足实时定位需求。
稳定性评估算法在不同环境条件和信号干扰下的性能稳定性。
导航工程在无人潜水器探测中的应用
导航工程在无人潜水器探测中的应用导语：无人潜水器作为一种先进的海洋科学研究工具，在近年来得到了广泛应用。
而在无人潜水器的探测过程中，导航工程起着至关重要的作用。
本文将重点探讨导航工程在无人潜水器探测中的应用，并分析其在海洋科学研究中的价值。
一、导航工程在无人潜水器探测中的基本原理无人潜水器探测是利用先进的导航系统实现对海底地形、生物和资源等信息进行获取的过程。
导航工程在无人潜水器探测中的基本原理是通过全球定位系统（GPS）、惯性导航系统和声纳测深仪等设备，实时获取潜水器的位置、速度和姿态等参数，从而为潜水器探测任务的完成提供准确的导航信息。
二、导航工程在无人潜水器探测中的应用案例1. 海洋地形勘测导航工程在无人潜水器探测中的一个重要应用是海洋地形的勘测。
通过搭载高精度的声纳和激光扫描设备，潜水器能够获取海底地貌的三维图像，并实时传输到控制中心。
这使得科研人员能够对地形特征进行深入研究，为海洋地质学、海洋地理学等学科的发展提供了重要数据支持。
2. 海洋生物观测导航工程在无人潜水器探测中的另一个应用是海洋生物观测。
通过搭载高清摄像设备和声纳系统，潜水器能够捕捉到海洋生物的真实画面和声音，并能用图像识别技术对其进行分类和分析。
这对于海洋生物学研究、海洋生态保护等方面都具有重要意义。
3. 资源勘查与开发导航工程在无人潜水器探测中还广泛应用于海洋资源的勘查与开发。
通过结合声纳、磁力计等设备，潜水器可以对海底沉积物、矿产资源等进行定量化分析。
这为海洋经济的发展提供了强有力的支撑，并推动了海洋资源的可持续开发。
三、导航工程在无人潜水器探测中的挑战与前景1. 挑战在无人潜水器探测中，导航工程面临着一些挑战。
例如，海洋环境复杂多变，潜水器在水下移动时很容易受到水流、潮汐和浪涌等因素的干扰，对导航系统的精确性要求非常高。
因此，如何提高潜水器导航的稳定性和抗干扰能力，仍是一个亟待解决的问题。
2. 前景尽管存在一些挑战，但导航工程在无人潜水器探测中的应用前景仍然广阔。
海底管道巡检船的深度水下机器人应用
海底管道巡检船的深度水下机器人应用近年来，随着海洋工程的发展以及人类对深海资源的日益渴求，海底管道巡检成为了一项不可或缺的任务。
为了提高巡检效率和降低人员风险，深度水下机器人被广泛应用于海底管道巡检船中。
它们具备高度灵活性和多功能性，能够在复杂的海底环境中执行各种任务，并有效地检测管道的状况和检修需求。
一、海底管道巡检船的深度水下机器人的功能特点1. 高精度巡检：深度水下机器人配备先进的传感器技术，能够实现高精度的管道巡检，并能够自主地进行路径规划和定位，从而保证巡检的准确性和全面性。
2. 多种传感器应用：深度水下机器人结合了多种传感器技术，包括摄像头、声纳、光学测量以及磁力感知等，可以对管道进行全方位、多角度的检测和采集数据。
3. 实时数据传输：深度水下机器人通过高速的无线通信技术，能够将巡检中获取的数据实时传输到巡检船上，便于船上的工作人员进行实时监测和分析，以便及时做出相应的决策。
4. 多功能作业：深度水下机器人还可根据需要装备钳子、喷枪、涂层清理装置等工具，以满足不同情况下的检测、维修和清理需求。
它们可以在海底环境中执行各种复杂任务，例如检测管道的腐蚀情况、修复漏损和破损部位，同时还能清理管道内的杂物和沉积物。
二、深度水下机器人在海底管道巡检中的应用1. 管道定位和路径规划：由于深度水下机器人配备了先进的定位系统，如全球卫星定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS），它们能够准确地确定管道的位置和方向。
在巡检任务开始前，深度水下机器人可以通过声纳技术精确地定位出管道的位置，并根据预先设定的路径规划进行巡检，从而有效降低了管道巡检的复杂性和时间成本。
2. 管道腐蚀检测：深度水下机器人配备了高清晰度摄像机和超声波传感器，可以对管道的表面进行全方位的扫描和检测。
通过分析扫描数据，机器人可以准确地检测管道表面的腐蚀情况，并将结果传输给巡检船上的操作人员，以便及时采取修复措施。
3. 漏损和破损检测：深度水下机器人利用携带的摄像机和声纳系统，可以对海底管道进行全面的漏损和破损检测。
水下声源定位技术的应用与挑战
水下声源定位技术的应用与挑战水下声源定位技术，这可是个相当有趣又充满挑战的领域呢！咱先来说说它的应用。
想象一下，在辽阔的大海里，一艘潜艇正在执行神秘的任务。
这时候，水下声源定位技术就派上大用场啦！它能帮助潜艇迅速而准确地发现敌方潜艇或者其他潜在的威胁，就像潜艇有了一双敏锐的“耳朵”，能听出周围的动静。
还有啊，在海洋科学研究中，这技术也是一把好手。
科研人员通过它可以追踪海洋生物的活动，比如鲸鱼的歌唱、海豚的交流。
有一次，我在看一个纪录片，里面的科学家就靠着水下声源定位技术，发现了一群鲸鱼独特的交流方式。
他们通过定位声音的来源，发现这些鲸鱼会在特定的区域发出特定频率的声音，好像在互相传递着什么重要的信息。
这让我们对海洋生物的行为和习性有了更深的了解。
在海洋工程领域，水下声源定位技术更是不可或缺。
比如说建设海底管道、桥梁这些大型工程的时候，它能检测出潜在的地质问题或者结构缺陷。
就好像给工程人员配备了一个超级探测器，能提前发现那些隐藏在水下的“小毛病”，避免出现大问题。
然而，水下声源定位技术也不是一帆风顺的，它面临着不少挑战。
首先就是水下环境的复杂性。
水的温度、盐度、压力等等都会影响声音的传播，这就好比声音在一个变幻莫测的迷宫里穿梭，让定位变得困难重重。
再说说噪音干扰。
大海里可不安静，各种自然的声音，像海浪的拍击声、海洋生物的叫声，还有人类活动产生的噪音，比如船只的引擎声，都会干扰到声源的定位。
这就像是在一个嘈杂的菜市场里，想要听清一个人的小声嘀咕，可不容易啊！还有设备的限制。
要实现精准的水下声源定位，需要非常先进和精密的设备。
但这些设备往往价格昂贵，而且维护起来也很麻烦。
有时候，一个小小的故障，都可能导致整个定位工作的失败。
另外，数据处理也是个大难题。
收集到的大量声音数据，需要进行复杂的分析和处理，这需要强大的计算能力和专业的算法。
尽管水下声源定位技术面临着诸多挑战，但科学家和工程师们可没有退缩。
他们不断地进行研究和创新，努力克服这些困难。
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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。
长基线（LBL）:长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。
换能器测量
出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。
短基线（SBL）：短基线定位需要在舰船上安装至少3个换能器阵，换能器之间的位置关系为已知，应答器安装在需要定位的目标上，舰船上的多个换能器测量出到同一
个应答器的距离，从而计算出目标的位置。
超短基线（SSBL/USBL）:超短基线定位的船载换能器中，有至少3个单元，应答器安装在
需要定位的目标上，换能器测量出到应答器的水平和垂直角度及斜
距
“
这三种不同方式的声学定位系统中，长基线定位（LBL）定位精度最高，但是水底布设高精度定位已知点的施工难度大且费用较高，一般使用在石油平台监测、水下考古打捞等需要高精度定位的工程。
短基线定位（SBL）需要对船体进行改造，才能放置换能器基阵，对船只的要求使短基线的应用受一定的限制。
因此，超短基线声学定位系统（SSBL）的优势是很明显的：只需要在船舶上安装一个换能器及其电子单元，就可以提供高精度的声学定位。
1.2超短基线定位的基本工作原理
超短基线水下声学定位系统是根据声波在水中传播的速度往返时间测量距离和同时测量相位差的方法进行定位，即是在水下发射声波信号，依其水听器接收阵的多个单元，按等边三角形（或直角）布阵，水听器之间距离只有几厘米，将其设计装在一个部件中，按三角形所在平面，当做基准坐标系的平面，通过测量对比水听器单元接收的声波信号彼此之间的相位差确定应带其相对船艏的方位，同时测量斜距S=1/2vt,即可计算出水下应答器位置的坐标。
以HPR410P为例，在SSBL中，船载换能器向应答器发射脉冲讯问信号，应答器接收到讯问脉冲信号后，发射不同于讯问信号的应答脉冲信号。
系统内位置的计算依据测量应答器的距离和方位，解算出应答器相对于船载换能器三维空间海底位置的坐标。
超短基线定位系统一般由声学测量设备和数据采集处理设备两大部分组成。
声学测量设备由安装在船体的声学换能器和安装在水下的声学应答器组成，声学换能器发射声波信号至应答器，应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回换能器，响应信号经由通讯电缆传输给数据采集处理设备，做进一步加工处理和计算，得到应答器相对于换能器的空间位置和深度。
超短基线声学定位原理
2 超短基线定位的应用范围
2.1为潜水员水下作业提供高精度定位信息，确保潜水员的安全。
对在建和已建长江干线航道整治工程的水下检测目前还处于起步阶段。
在以往的航道施工中，水下建筑物的施工质量检测，主要是靠施工过程中的施工管理和水下地形测量图及人工探摸来进行控制。
尤其潜水员人工探摸，危险性大、效率低，水底环境复杂，对潜水员的位置确定就非常关键。
目前国外对水下建筑物的检测多用水下机器人（ROV），ROV自身带光学的水下相机，在长江三峡库区清澈的水域可以直接进行观测提供清晰图像。
ROV还可以携带声学成像设备，针对我国江河和海洋比较浑浊的情况，ROV还可以通过携带声学成像设备，用声学的方式进行水下建筑物的检测。
2.2 为使用深拖设备，如遥控及其人、无人潜水器或自主潜水器（ROV）等进行水下建筑物
检测，获取勘测的精确位置资料。
3影响定位性能的因素
水下导航定位系统要实现精确导航定位，必然受到GPS导航定位系统的稳定性和可靠性、船载（集成）辅助传感器的稳定性和可靠性、超短基线导航定位系统的稳定性和可靠性、水上定位和水下定位数据融合方法等的影响和制约。
在工作应用中，应合理进行误差分配，控制显著误差，求得最佳测量成果。
水下定位的主要误差来源，包括超短基线基阵测距误差、超短基线基阵姿态测量误差、测角误差、测距交会求解造成的误差、超短基线基阵阵元相位差引起的误差、声传播引起的误差、声学噪声引起的误差、超短基线基阵和应答器安装引起的误差、校准误差、水下工作环境引起的误差、载体运动速度变化引起的误差、超短基线数据和GPS数据融合时的误差等。
但总的来说，误差来源可以综合到三个方面：校准误差、测距误差和测角误差。
3.1 校准误差
船只航行时航行轨迹的瞬间变化是于气候和海况好坏有着直接关系，超短基线定位计算的瞬间起算大地坐标是通过GPS提供的，换能器安装在摇摆不定的船上，随着船只摆幅的大小变化，定位航迹于实际航迹并不完全一致。
如不考虑GPS自身定位误差的影响，依其接收天线安装高度，船只姿态对GPS和超短基线的校准的影响亦是不可忽视的因素。
3.2 测距误差
测距误差主要是由测时误差引起的，而测时误差又与信噪比和声速息息相关。
声波在水下传播过程中，声速、声线弯曲、水面反射等都会影响测时准确度，而声波的扩散、吸收和环境中的噪声会影响信噪比大小，因此测距误差主要是由水声学因素引起的，水下定位时的工作条件和工作方法直接影响定位精度。
3.3测角误差
测角误差主要是由阵元间相位测量误差、姿态角度误差和罗经角度误差引起。
姿态角度误差和罗经角度误差主要由安装技术引起，而相位误差与基阵和应答器的位置关系有关。
当应答器在基阵正下方时，阵元间相位差很小，从而使定位误差保持在一个较小的数值上，因此超短基线只在基阵下方一个椎度范围内定位精度较高。
4小结
高精度超短基线HPR410P的便携式安装，大大减轻了工作人员野外操作和安装的繁琐性，提高了工作效率；为实现水下高精度、高要求的工程定位作业提供了可能性。
通过工程中的应用，其灵活性、方便性、高精度的特点，使其应用前景非常广阔。
The Application of Ultra Short Baseline Named HPR410P in Underwater Positioning
Zhang Yue-ning1, ,Liu Peng2
(1. Wuhan Changjiang Waterway Rescue & Salvage Bureau, Wuhan 430014, China;
2.Shanghai Geo Marine Instrement Company, Shanghai 200233,China)
Abstract:The technological research of the acoustic positioning system and its application fulfills an important role in the oceanic scientific investigation and the underwater engineering in the present age. Taking a brand of the ultra-short baseline positioning system as a sample, this paper would discuss the principle of the USBL acoustic system as well as the scope of its application. In the same time, the application of this USBL of high accuracy in the engineerings is also discussed. The paper analyses also the main elements that would affect its performance of the positioning in the application.
Key words:USBL, underwater positioning,。