超短基线系统在ROV水下定位的应用研究
超短基线定位系统在侧扫声呐水下定位中的应用
Ｇ ｏ ｎ ｇ ｙ ｉ ｖ ｕ 。 ｓ ｎ ｕ ： ● ● ■ ■ 三 ● ■ ■ ■ 至 ■ ■ ■ 主 ■ ● ■ ■ 茎 ■ ■ ● ■ ■ ● ■ ■ ● ｌ ■ ｌ ＿ －
２ 超 短 基 线 定 位 系统 来自 用 中 的误 差 分 析 根 据 图 １可 以 了解 到 超 短 基 线 的 数 据 来 源 主 要 有 Ｄ Ｇ Ｐ Ｓ 、
采用直角三角形基阵 ， 直 角 边 的阵 元 间 距 为 ｄ ， Ｘ 轴 指 向船 首方 向， ３ 个 基 阵 的坐 标 如 图 ２所 示 ， 分别为 （ ０ ， ｄ， ０ ） 、 （ ０ ， ０ ， Ｏ ） 、
２ ０ １ ４ 年第 ３ Ｏ期总 第 ４ ２ ０期
收 基 阵 到拖 鱼 的 相 对 方 位 角 ； 通 过 测 定 声 波 到 接 收 基 阵 的 时
由于 在 实 际 生 产 中 斜 距 ｒ远 大 于 阵元 间 距 ｄ， 因 此 可 推 导 出公 式 （ ８ ） 、 （ ９ ） ：
一
间， 再利用声速剖面修 正波速 线 ， 最 终确定 接收基 阵到拖 鱼 的
了 ３根 单 相 海 底 电 缆 ， 作为 南方 电 网主网与 海南 电 网的联络 线 。受 狭 管 效 应 影 响 ， 琼 州海峡 常年海 流较大 ， 而 海 底 电 缆 部
（ ｏ 。 ０）
分海域海床为泥沙底质 ， 易因海水 冲刷而使海底地形 地貌产 生
巨大变化 。同时琼州海峡是 国内最繁忙 的航道之一 ， 船舶抛锚
相 对距 离 ， 从 而 确 定 拖鱼 的相 对 位 置 。
海南联网海底电缆综合检测水下定位方式研究
海南联网海底电缆综合检测水下定位方式研究作者：宫厚诚来源：《科技与创新》2016年第09期摘要：海南联网海底电缆在运行过程中受到海流冲刷、船只抛锚等多种外界风险影响，因此需要对海缆进行综合检测。
使用ROV搭载检测设备检测时，需要给ROV和探测设备提供精确的水下定位，以保证检测精度。
主要分析了三种水下定位系统（长基线定位系统、短基线定位系统、超短基线系统）的原理、优缺点和适用性。
由分析结果可知，使用超短基线定位系统能够满足海南联网综合检测水下精确定位的需求。
关键词：海底电缆；综合检测；水下定位；超短基线定位中图分类号：P715.5 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.09.009海南联网工程是我国第一个500 kV超高压、长距离、大容量的跨海电网工程。
联网工程海缆部分北登录端为广东湛江徐闻南岭村，穿越琼州海峡到达南登录端海南澄迈林诗岛附近的玉包角，海底电缆长度约32 km/根，共3根，走廊宽度约2 km。
海南联网工程提升了海南电网运行的可靠性和供电质量，海底电缆的稳定性和可靠性对海南社会经济的发展有着重要作用。
在海缆运行过程中，随着时间的推移和海流的作用，海缆覆盖层会受到冲刷，致使海缆裸露于海底，甚至在海底悬空；海缆附近的海洋作业会给海缆的正常运行带来极大的风险。
因此，对海底电缆进行定期的综合检测显得非常有必要。
其中，海缆埋深检测、抛石石坝状况及厚度检测、海缆铸铁套管状况检测是非常重要的内容。
为了获取更加准确、详细的海缆现状细部资料，综合检测采用水下机器人搭载埋深探测设备（TSS系列）和录像设备的方式进行，检测过程中需要给ROV提供精确的定位信息，即需要进行较高精度的水下定位。
1 水下定位方法及原理分析目前，水下导航定位技术以声学导航定位技术为基础，按照应答器基阵的基线长短划分为三种声学导航定位系统，分别是长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统。
1.1 长基线定位系统长基线定位是通过测量水下目标声源到各个基元的时间差，解算目标的方位和距离，最终得出目标精确的三维位置，为水下施工、调查等工作提供精确的定位服务。
哈尔滨工程大学科技成果——超短基线定位系统
哈尔滨工程大学科技成果——超短基线定位系统项目概述目前正值国家大力发展海洋开发技术的阶段，与此相关的船舶技术、水下机器人技术、环境水纹监测技术以及水下作业装备均进入了蓬勃发展的状态。
近几年国家投入大量资金建设了十几条科学考察船，支持海洋科学考察工作，诸如ROV、AUV、HOV的潜器也投入了大量研究力量，海上油气开采工程更是发展迅速，并从早期的浅水海域逐步向着深远海。
作为海洋开发的重要保障设备，超短基线定位系统占据着不可替代的位置，是水下作业高精度定位的重要支撑之一。
国产超短基线定位系统的研发成功打破了目前国内科考船均采用国外进口超短基线定位系统的技术垄断格局，改变了科考船在定位系统维护、升级和出口许可限制等方面面临的被动局面。
同时国产系统在海试和应用中表现出的作用距离远、数据有效率高和定位结果持续、稳定等优点，使得科考船海上调查作业效率和质量大为提高。
此外，国产系统表现出的兼容国外声应答器信号体制的独特优点，也受到用户的高度好评。
国产化超短基线定位系统已经到了关键的时刻，具备了产业化发展的基本条件。
面对海洋科学考察、潜器水下定位导航、水下油气工程建设等重要的发展需求，超短基线定位系统的应用市场是广阔的，具备可观的效益前景。
同时超短基线定位系统的产业化也会促进定位技术在海洋作业中的普及应用，带动水下作业位置精细化，资料信息关联化的发展。
超短基线定位系统是现代海洋调查作业船只必不可少的基础性水下定位保障设备，为配备水声应答器的水下各类载体（ROV、AUV、HOV及各类拖体）提供水下高精度定位服务。
系统通过水面船安装的超短基线声学换能器基阵发射询问声信号到海水中，通过接收处理水声应答器的应答信号，确定声学换能器基阵声学中心与水声应答器声学中心间的距离和角度关系，从而可以根据水面作业船的位置信息和船舶姿态数据，最终确定由水声应答器代表的水下载体位置信息。
其主要技术指标包括声学定位精度优于2‰斜距和作用距离不小于8km。
GYROUSBL在深海水下定位中的应用
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。
ROV在水下工程检测中的应用初探
ROV在水下工程检测中的应用初探作者：林七贞林汉斌来源：《中国水运》2015年第02期摘要：水下机器人全称为水下遥控运载器，（英译：Remotely Operated Vehicle以下简称：ROV）是一种高科技仪器设备的集成体，文章将介绍ROV的现状与特点，对ROV在水下工程检测中的应用前景进行了探讨，提出在水下探摸检测工作中引进ROV的建议。
关键词：ROV 工程检测应急搜寻前言ROV主要分为两种基本类型，即有缆遥控式ROV和无缆自治式ROV。
有缆遥控式ROV 是由工作母船上工作人员通过ROV的脐带提供动力和控制信号。
无缆自治式ROV自备动力电源，按照预先编制的程序自主航行。
同时ROV也向甲板传回各种讯息，将各种传感器水下采集到的数据信息和影像图像在控制台上显示。
ROV可搭载水下摄像和声呐设备，在潜水员不便下水时替代潜水员进行水下摄像和河床扫测，可通过机械手进行简单的作业。
能从事海洋测量、军事侦测、水利水电、渔业水产、核电设施、救助打捞、应急搜寻等工作。
目前国内外对于ROV的开发和研制相当重视，已有多种款式投入运用，并且不断进行技术更新和升级，近十年来，国外的海洋工程设备供应商也逐渐将各种型号的ROV投放到中国市场，本文选取通用观察型ROV（无人遥控有缆式）作为模版进行评估。
ROV的性能及特点ROV一般为开放式框架结构，铝合金或玻璃纤维板，亚克力管材，标配4个磁力联轴式推进器，可定向巡航或定深巡航，工作水深可达百米级，能自主或半自主航行，实现直航、回旋、潜浮方式，可在浮游与爬行模块之间自由切换。
首部装有可旋转式黑白或彩色摄像变焦镜头或相机，远景和近景自由切换，强光LED灯源或卤素灯。
内置压力传感器、姿态传感器、磁罗经、速率陀螺仪和高度计等。
电力供应、光纤通信采用脐带传输方式，具有承载能力强，传输速度快，抗电磁干扰等。
可选择性搭载GPS定位系统、液压机械臂，多波束图像声呐、扫描声呐、超短基线等。
高精度超短基线在水下定位中的应用
高精度超短基线在水下定位中的应用高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用张粤宁1 刘鹏2（1.武汉长江航道救助打捞局，武汉430014；2.上海地海仪器有限公司，上海 200233）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。
【CN110294080A】一种利用超短基线实现水下精确作业的方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910395440.4(22)申请日 2019.05.13(71)申请人 自然资源部第一海洋研究所地址 266061 山东省青岛市崂山区高科园仙霞岭路6号(72)发明人 孙永福 张志平 赵晓龙 王立松 张浩然 李杨 孙杨 俞启军 (74)专利代理机构 烟台上禾知识产权代理事务所(普通合伙) 37234代理人 孙俊业(51)Int.Cl.B63B 49/00(2006.01)B63C 11/52(2006.01)G01S 15/08(2006.01)G01S 5/18(2006.01)G01S 19/42(2010.01)(54)发明名称一种利用超短基线实现水下精确作业的方法(57)摘要本发明公开了一种利用超短基线实现水下精确作业的方法，包括以下步骤：(1)、系统安装，(2)、水下载体地理坐标位置获取，(3)、动力定位：本发明声基阵坐标系与船的坐系之间的关系要无需在安装时精确测定，不需要在海上快速、有效地对超短基线定位系统进行安装校准，大大降低了对母船的安装调试等繁琐工作的难度，本发明结构简单，精度高，具有广泛的应用前景。
权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 110294080 A 2019.10.01C N 110294080A权 利 要 求 书1/2页CN 110294080 A1.一种利用超短基线实现水下精确作业的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、系统安装：a、在母船上选取一参考点，通过参考点并指向母船艏向的为X轴，通过参考点并指向母船右舷的为Y轴，通过参考点并垂直向下的为Z轴，建立右手母船参考坐标系；b、将若干换能器按照一定的规律排列而成，组成水声接收基阵并安装在母船的参考点位置，并获得水声接收基阵坐标系，在母船上安装运动参考单元和姿态传感器，获得姿态传感器坐标系，以及用于分析、坐标转换计算母船绝对坐标位置及水下载体相对坐标位置的控制系统；c、在母船任意位置选取并安装一用于接收GPS无线信号的天线接收器，并在母船任意位置选取并安装一与天线接收器安装位置相关联的坐标参考位置，该坐标参考位置与水声接收基阵的坐标位置相关联；d、母船安装动力定位系统，动力定位系统与GPS建立信号连接；(2)、水下载体地理坐标位置获取：a、GPS发送信号至母船天线接收器，控制系统根据接收到的信号经处理获得母船的绝对坐标位置，坐标参考位置与母船的绝对坐标位置相比较，经控制系统分析，获得坐标参考位置的实际坐标数据；b、在先安装在母船上的水声接收基阵根据坐标参考位置的实际坐标数据获得水声接收基阵的实际坐标位置；c、换能器向水下发射声波信号至水下载体，水下载体的声学应答器在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号至水声接收基阵，经控制系统的软件处理后得到水下载体的相对方位和距离，经坐标转换计算最终确定水下载体的最终准确的相对位置坐标；(3)、动力定位：a、根据母船当前的绝对位置坐标及水下载体的相对位置坐标，结合水声接收基阵坐标系，经控制系统计算获得水下载体在水声接收基阵坐标系中的实际位置；b、该实际位置通过水声接收基阵坐标系判断，获得水下载体的声学应答器在水声接收基阵下方的的锥体范围内或范围外的实际空间位置；c、当水下载体的声学应答器在水声接收基阵下方的的锥体范围外时，设定母船的实际位置，将水下载体的声学应答器置入水声接收基阵下方的的锥体范围内，并将其输入控制系统内，测量部分测量部分采集的信息进行处理并根据所设定的母船的实际位置，将控制指令输出至推力器部分以实现预定的母船运动至设定位置；d、到达设定位置后，测量部分发送信号至控制系统，控制系统结合测量部分收到的风、浪、流实时信息，对主推进器和/或侧推进器发送启动信号，改变船舶位置或艏向，在平衡作用于船舶的扰动力和扰动力矩的前提下，控制母船稳定停止在设定位置，以确保水下载体的声学应答器始终在水声接收基阵下方一个有限的锥体范围内。
超短基线水声定位在海洋工程中的应用
度的措施主要包括 以下 ： ５ ． １提高水面 Ｄ ＧＰ Ｓ差分卫星定位 系统 的精度 ； ＤＧ Ｐ Ｓ差分卫星定位系统误差直接 由水面传递给水下声学 系统定位误差 。为减小误差可 以采用高精度 的 Ｄ ＧＰ Ｓ ，如辉 固
（ Ｆ Ｕ ＧＲ Ｏ） 集 团 的 Ｓ ｔ ａ ｒ ｉ ｆ ｘ ． Ｘ Ｐ 、Ｓ ｔ ａ ｒ ｉ ｆ ｘ ． Ｇ ２等 ， 可 以 将 ＤＧ Ｐ Ｓ 定位精度提升至分米级。 ５ ． ２ 通过提高探头与应答 器 目标测距精度 ； 提高测距精度 的主要方法包括：精确测定测区声速 剖面 、 减少多路径效应 、减小海底噪音如波 浪及水流和船机噪音的影 响 。采用宽 带信 号 Ｗｉ ｎ ｄ ｅ － Ｂ ａ ｎ ｄ技术 ，在增 大距离 的同时，可 以提高测时测相精度 ，减小测距 造成的定位误差 ；提高测角精 度 的措施主要可 以采用低频信号与提 高信 噪比等 。 ６ 水 下 声 学定 位 系统 展 望 国内外水下 声学 定位系统 经过近 半个 世纪的 开发研 究后 在 软 硬件 技 术上 也 得 到 了飞跃 的发展 。例 如 高精 度超 短 基 线Ｇ Ｙ Ｒ Ｏ ＵＳ Ｂ Ｌ集 光 纤 罗经 Ｌ ｏ ｄ ｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｒ 、运 动 传 感 器 ＭＲ Ｕ 与 ＵＳ Ｂ Ｌ于一体 ，实现 了免校准安装 。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，其高达 ０ ． ２％ 的测距 精度，为 实现水下 高精度 、高要求 的工程定位 作业提 供 了可 能性。近年 来联合式水声定位 系统如 Ｕ ／ Ｌ Ｂ １ 、Ｓ ／ Ｌ Ｂ Ｌ 、Ｓ ／ ＵＳ Ｂ Ｌ 等被研 制并应用在深海作业提供 了精确 的导航信息。该系统集 成 了长基线、短基线和超短基线的优 点，即保证 了精度又能在 深海作业 。此外，惯性导航技术也成功应用于水下定位作业， 为超短基线定位精度 的提升提供了可能。随着人类对海洋研究 开发工作的深入发展 ，人类必将进一步走进 大洋深处 ，相信高 精度 、高效率的水下 定位系统将成为必然趋势 。 参 考 文献
基于超短基线的缆控水下机器人动力定位
时 会影 响到 短 基线 的水声 定 位系 统 的工 作 。所 以 提 出 了在一 条船 的不 同部 位 安装 几个 小 基 阵的方 案， 目的 是 为 了提 高可 靠性 ， 就 需要 应 用超 短基 这
线 定 位 系统 。
往 不 能有 效 地 消 除 各 自 由度 运 动 的耦 合 ， 制 性 控 能 也较 差 。 所 以应 找 到 适 合 于 Ｒ Ｖ 动 力 定 位 任 Ｏ 务 的 、 合考 虑 各个 因素 的控 制算 法 。 综
前 国 内外 的 水下 机器 人 动力 定 位 主要 应用 于缆 控 水 下 机器 人 （ ＯＶ） 中 ， 了 使 动力 定位 过 程 中 Ｒ 之 为 具 有不 受 海洋 环 境 影响 、 快速 机 动 等特 点 ， 有 必 很 要 研 究 Ｒ ｖ 的动力 定 位技 术 。 Ｏ
量 。此 外 布放 和 回 收应 答 器 也 是 一 件 复 杂 的 事 ，
位 主 要 在 缆 控 水 下 机 器 人 （ Ｖ） 应 用 的 情 况 ， 出 了 Ｒ０ 动 力 定 位 技 术 的 实 施 方 法 。 通 过 声 学 定 位 技 术 Ｒ０ 中 给 ｖ 确 定 Ｒ ｖ 的 坐 标 ， 算 出与 期 望位 姿 的 差 ， 其 作 为神 经 网 络 控 制器 的 输 入 量 来控 制 Ｒ ０ 计 将 ０ｖ， 而 进 行 动 力 定 从
２ 水 声 定 位 方 法
对 Ｒ Ｖ 进 行 动力 定 位 首 先 要 确 定 其 在 水 中 Ｏ 的精 确 三维 位 置 ，这 就 是 水 下 定 位技 术 。 目前 通
超短基线定位系统水声应答器的设计与实现的开题报告
超短基线定位系统水声应答器的设计与实现的开题报告1. 选题背景和意义：水声通信技术在海洋领域中具有重要的应用价值，其中水声定位技术是水声通信领域中的一个重要分支。
超短基线定位系统是一种用于水下物体精确定位的系统，其优点是定位精度高、系统鲁棒性强等，因此在海底资源勘探和航运领域等具有广泛的应用前景。
本课题旨在设计和实现一种基于超短基线定位系统的水声应答器，为水声通信领域的技术发展做出一定的贡献。
2. 研究内容和目标：本课题的研究目标是设计和实现一种基于超短基线定位系统的水声应答器，通过对系统原理和水声信号处理技术等方面的研究，实现对水下物体的精确定位。
具体研究内容如下：(1) 超短基线定位系统的原理和相关技术研究；(2) 水声信号处理技术研究，包括水声信号的发射与接收、信号去噪和信号增强等；(3) 基于超短基线定位系统的水声应答器设计和实现。
3. 研究方法和步骤：本课题将采用以下研究方法和步骤：(1) 对超短基线定位系统的原理和相关技术进行深入研究，包括定位算法、系统结构等；(2) 对水声信号处理技术进行深入研究，包括信号发射与接收、滤波、去噪和信号增强等；(3) 根据研究结果，设计一个基于超短基线定位系统的水声应答器，并进行模拟和实现；(4) 对设计的应答器进行测试和性能分析，评估其定位精度和鲁棒性等指标。
4. 论文组织结构：本论文的组织结构将以以下方式进行：第一章绪论1.1 研究背景和意义1.2 研究目标和意义1.3 研究方法和步骤1.4 论文组织结构第二章超短基线定位系统的原理和技术2.1 超短基线定位系统的原理2.2 超短基线定位系统的技术研究第三章水声信号处理技术研究3.1 水声信号发射与接收3.2 滤波技术3.3 去噪技术3.4 信号增强技术第四章基于超短基线定位系统的水声应答器设计与实现4.1 应答器系统结构设计4.2 应答器模块设计4.3 应答器系统实现第五章应答器性能测试与分析5.1 测试方案设计5.2 实验结果分析和评估第六章结论与展望6.1 主要研究成果总结6.2 不足之处和未来工作展望参考文献5. 预期结果及对学术界和工业界的贡献：本研究预期实现一个基于超短基线定位系统的水声应答器，并对其进行性能测试和分析，从而达到以下预期结果：(1) 实现水下物体的精确定位；(2) 实现系统信号处理技术，提高应答器的抗干扰能力和定位精度；(3) 提高水声通信技术在海洋领域中的应用效果；(4) 对水声通信领域的技术发展做出一定的贡献。
超短基线水下定位的关键技术分析
超短基线水下定位的关键技术分析
王之海;付晓伟;荣致斌
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2004(018)0z1
【摘要】超短基线水下定位(USBL),是近年来发展很快的新技术,具有基阵和信标体积小,安装和应用方便等突出优点.本文在讨论五基元超短基线水下定位一般性原理的基础上,给出了水下定位解算的数学模型,重点介绍采用特殊的五基元"十"字形平面水听器阵技术和chirp脉冲信号串定位处理技术,分析了其对设备工作稳定性和定位精度的作用.
【总页数】4页(P101-104)
【作者】王之海;付晓伟;荣致斌
【作者单位】91550部队230所,116023,大连;91550部队230所,116023,大连;91550部队230所,116023,大连
【正文语种】中文
【中图分类】TJ6
【相关文献】
1.超短基线软体排深水水下定位检测系统设计思路 [J], 冯海暴;徐加峰;周良玉;冯好娣;刘国辉;韩帅
2.超短基线定位系统在侧扫声呐水下定位中的应用 [J], 陈航伟
3.GAPS超短基线声学水下定位技术及其在海洋调查中的应用 [J], 陈维
4.抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用 [J], 罗才智;杨鲲;辛明真;卫
进进;张凯;阳凡林
5.抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用 [J], 罗才智;杨鲲;辛明真;卫进进;张凯;阳凡林
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观察型水下机器人ROV系统配置极其实际应用
观察型水下机器人ROV系统配置极其实际应用一、引言无人水下航行器(unmanned underwater vehicle，UUV)，亦称无人潜水器，是一种以潜艇或水面船只为支援平台，能够在水下一定范围内航行并承担水下目标搜索、调查、识别和打捞作业任务的特定潜水设备，又被称为水下机器人。
按其与水面支持平台间的不同联系方式，一般可以分为无人遥控潜行器(remotely operated vehicle，ROV)和自主水下航行器(autonomous underwater vehicle，AUV)。
按使用目的划分，水下机器人可以分为水下作业型和水下观察型两种。
无人潜水器具有安全、高效、克服恶劣环境能力强等优点，已经广泛应用于海洋工程等诸多领域。
在英国石油公司的“深水地平线”漏油事件救灾过程中，水下无人系统再次成为世人关注的焦点。
然而，ROV的系统配置将直接影响其作业性能。
本文在分析水下机器人的基本结构的基础上，就观察型ROV的主要部件选配、传感设备搭载和整体配置原则等方面展开深入探讨，以期对ROV的设计生产和应用选型有所指导。
二、ROV 系统配置研究⒈水下机器人ROV简介典型的ROV系统由水面设备部分和水下设备部分组成，两部分通过脐带缆连接。
其中，水上部分主要包括甲板控制单元、绞缆车、释放回收设备、电源以及导航与数据采集系统等；水下设备部分则主要由潜水器、成像系统、水下声学定位跟踪系统以及机械臂等部分组成。
⑴潜水器潜水器本体就是一个具有特定比重材料的浮力框架，并具有较好的抗撞击能力和抗腐蚀能力，是搭载各种传感器的基础平台，通过脐带缆与甲板控制单元连接。
潜水器的推力来源于数套由电动马达驱动的推进器，这些推进器可以使ROV 在水中完成各种精确的运动。
每一个潜水器还有一个或者多个压力舱(也称电子舱)，舱中一般封装有各种控制电路、电源分配电路等，所有的外部指令以及自身的工作都要经过电子舱的处理。
⑵甲板控制单元包括系统控制计算机、操纵控制器、电源箱以及相关的显示和数据记录设备等，并通过脐带缆与潜水器连接。
浅议ROV在水利水电设施检测中的应用
浅议ROV在水利水电设施检测中的应用张冲; 曹雪峰【期刊名称】《《山东水利》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】2页(P12-13)【关键词】ROV系统; 水利工程检测; 水下机器人【作者】张冲; 曹雪峰【作者单位】山东省防汛抗旱物资储备中心山东济南 250014; 济南市水文局山东济南 250013【正文语种】中文【中图分类】F426.911 研究背景为增强水下检测的安全性，近年来国内有关科研检测单位先后引进或联合研制各种ROV开展水库大坝等水利水电工程水下检测。
ROV的英文全称为：RemoteOperatedVehicle，中文为缆控水下机器人，它是由水面控制终端通过脐带缆和水下机器人连接，实现能源供应和控制信号水上水下传输，将机器人采集的视频、传感器参数等实时回传至控制终端。
ROV的研究工作最早可追溯到20世纪中期，真正引起轰动是在1966年，一台名为“CURV-1”的ROV和载人潜水器配合，成功在西班牙外海找到并打捞起失落在海底的氢弹。
受此影响，欧美、日本等西方国家迅速展开大规模ROV研发与推广。
相对国外，我国ROV研究起步较晚，1985年中国科学院沈自所和上海交通大学自主研发了我国第一台水下机器人“海人一号”ROV，首潜199m。
由于在导航定位技术、探测技术、核心水下零部件技术、工艺水平等方面与国外存在着较大差距，在2000年以前国产ROV 并不多，主要集中在几个科研单位（中科院沈自所、上海交通大学、哈尔滨工程大学等）。
近年来，随着国家“十三五”规划关于发展海洋高端装备创新的战略部署以及国内认识和需求的不断加强，我国诸多科研院所、高校以及企业开始投入ROV的研发和制造。
2014年4月18日，上海交通大学研制的“海马”号4500m级深海ROV通过了863海洋技术领域专家组的海上验收，实现了我国在深度无人遥控潜水器自主研发领域“零的突破”。
由于ROV水下检测实时性好、扩展性强、工作潜力大，随着产品技术和质量的不断提升，目前国内已将ROV广泛应用于海洋石油、搜救打捞、水电检测等。
HiPAP 100 水下定位系统及应用
HiPAP 100 水下定位系统及应用【摘要】本文概述了HiPAP100水下定位系统的组成及其工作原理，并分别就其超短基线和长基线两项功能介绍了其在海洋调查中的广泛应用，说明其在相关海洋调查中的重要性。
【关键词】HiPAP；超短基线；长基线1.引言近年来人类的探索、开发逐渐向深海发展，深海中蕴藏着丰富的自然资源，包括石油天然气、钴结核、热液硫化物以及天然气水合物等资源，要准确找到这些海底宝藏，就需要对水下勘探设备进行精准的定位，水下定位系统的加入让我们可以精确地定位资源富集区。
HiPAP100水下定位系统由广州海洋地质调查局于2010年从挪威Kongsberg 公司引进，其固定安装于“海洋六号”船上，是一种基于声音在水中传播原理的定位参考系统。
引进至今，该系统已服务于多种水下设备，例如ROV水下机器人、海底摄像、磁力深拖、声学深拖等，为我国南海调查以及大洋调查中的水下设备提供了高精度定位，特别是在大洋29航次海底摄像作业中，HiPAP 100为水下5500米深、距母船近8000米的摄像拖体提供了较稳定的高精度定位。
“海洋六号”船上的HiPAP 100水下定位系统在我国是唯一的，因此对大多数人来说是陌生的。
本文主要介绍HiPAP100水下定位系统的组成、工作原理和功能。
2.HiPAP家族HiPAP是“高精度水声学定位”的简称，是一种基于声音在水中传播原理的定位参考系统。
HiPAP系统的主要功能是船舶与应答器的相对定位。
该系统同样可以用于监测传感器数值，如温度、压力（水深）、倾斜和航向等。
HiPAP系统也可以遥测控制水下系统，比如水声控制系统和水声接口记录器。
首先了解下HiPAP家族，其共有五种类型：HiPAP100、350、350P、450和500，它们拥有共同的软件和硬件平台，因而可以提供相同的额外功能和选项。
HiPAP100使用球型换能器，含31个换能器元件，覆盖范围为±60°，是一种低频系统，其工作频率是10-15.5kHz，适用于深水区域，其作用范围为1-10000m，其余四种系统则都是中频系统，工作频率为21-31kHz；[1]HiPAP350和350P都使用半球型换能器，含46个换能器元件，覆盖范围为±60°，作用范围为1-3000m，其中HiPAP350是固定的船上系统，而HiPAP350P 是一种便携式系统；HiPAP450使用球型换能器，为固定的船上系统，它具有与HiPAP350系统一样的操作和技术性能，同时有着与HiPAP500一样的换能器元件，虽然只有46个元件，覆盖范围为±60°，作用范围为1-3000m，另外它可以升级为与HiPAP500一样的性能；HiPAP500使用球型换能器，含241个换能器元件，覆盖范围为±100°，作用范围为1-4000m，为固定的船上系统。
基于短基线的ROV实时高精度定位系统
基于短基线的ROV实时高精度定位系统
李壮;乔钢;孙宗鑫
【期刊名称】《高技术通讯》
【年(卷),期】2013(023)012
【摘要】为了满足水下探测机器人(ROV)的工作需要,实现其在堤坝、码头及港口等复杂环境的高精度定位,设计并且实现了一种基于短基线的高精度ROV定位系统.该定位系统采用高频宽带调频信号和先进的自动校阵技术来提高定位精度,运用高速处理芯片实时显示定位信息.水池及外场海试等工程实验表明,该系统具有精度高和适应性强的特点,证明该系统技术路线可行且性能可靠.
【总页数】6页(P1230-1235)
【作者】李壮;乔钢;孙宗鑫
【作者单位】哈尔滨工程大学水声技术国防重点实验室哈尔滨150001;中国舰船研究院北京100192;哈尔滨工程大学水声技术国防重点实验室哈尔滨150001;哈尔滨工程大学水声技术国防重点实验室哈尔滨150001
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于HFP技术的区域高精度无线实时定位系统 [J], 张波;孙原良
2.多子阵组合的短基线声学定位系统数据优化方法 [J], 程谦;王英民;诸国磊
3.一种基于定位系统的实时高精度地形三维数据获取方法 [J], 安丰亮;张安梅
4.多约束条件的全球定位系统单频单历元短基线定向技术与实现 [J], 任光辉;茅旭初
5.基于视觉传感器及IMU的多传感器融合车辆高精度实时定位系统研究与设计[J], 佘依函;兰建平
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救生种水 下作业 ；通 过配置水下 照相机 、声纳
等设备 ．可执行水下搜索 、水下观察 等作业 。
Ｖ ｉ水 下 定 位 利 用 超 短 基 线 定 位 系 统 ８Ｓ ｉ
类水 下机器人 的最大优 点是母船 可以为其 源源 不断 地提供能 源 ，因此 ，它能在水下 长时 间地 工作 ，并 且可 以安装机械 手等作业工 具 ，因此
定位 系统
．
Ｏ ｅｎ ｃａ Ｍｏｕｅ ８ Ｓｉ（ ｅｒｈ一 寻 。 ｄ ｌ Ｖ ｉ Ｓａｃ 搜 ｓ
Ｉｅｔ ｃｔ ｎ 识别 。Ｉｔ ｖｎｉ 一 预 ）是 一 款 ｄｎｉ ａ ｏ 一 ｉ ｆ ｉ ｎｅ ｅｔ ｎ 干 ｒ ｏ
塞 上趟陵 垫韭箜 簋 盈 ３ ９
一 攀 嫩
跟 踪 等 功 能 ， １作 流 程 以及 硬 件 结 构 框 网 如 图 ＝ ２所 示 。该 水 下 定位 系 统 工 作 深 度 ７ ０ ５ ｍ，典 型 水平跟 踪距 离５０ ０ ｍ，典 型 垂 直 距 离 １０ ５ ｍ，距
可以测量水 下机器人本 体 的横倾 和纵倾 ；电子
罗 盘 ，用 来 测 定 艏 向 角 ：压 力 传 感 器 通 过 机 器
人所处位置 的压力与水面压力差来确定其深度 。
水 面传感 器组件 主要部 分是 短基线 定位 声纳 ５
象 ，介绍 水下定位 的原理 、特点 ，同时对使 用 过程 中影响定位精度性能 的主要 因素进行 分析 ．
务 ；通 过 配 置 水 下 作 业 工 具 ，可 进 行 多 种 援 潜
越来越广泛 的应用 。
水 下 运 载 器 （ ｎ ｅｗ ｔ ｅｉｅ 能 在 水 Ｕ ｄｒ ａ ｒＶ ｈｃ ） ｅ ｌ 下 游 动 、携 带 特 定 器 具 以 执 行 、完 成 特 定 任 务 的 各 种 用 途 的运 载 器 的统 称 。 远 距 离 操 作 潜 水 器 （ ｍｏｅ ｐ ｒ ｅ ｅｉｅ Ｒｅ ｔｙ Ｏ ｅ ｔ Ｖ ｈｃ ，简 称 Ｒ Ｖ） ｌ ａｄ ｌ Ｏ ，这
离精度 ： ２ ，方向精度： 。 ± ｍ ±３ ，工作波束宽
度 ：１０。 ８ ，位置上传 速率 ：０５ 一１ 。 ．ｓ ０ ｓ
●＼
水下传感器组件 水两传感器组 件 信 接 ｔ箱 ｌ
代 的定位系统能组合使 用以上技术。
长 基 线 水 声 定 位 系 统 的 基 阵 长 度 在 几 公 里 到 几 十 公 里 ．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 应 答 器 组 成 个
个水 听器 ，此外 ，还包括 了倾角传 感器 、压力
从而提高对水下定位作业 的认识 。
二 、 Ｏｃ ａ ｄ ｌｓ Ｖ８ Ｓｌ ＲＯＶ 水 下 ｅ ｎ Ｍｏ ｕｅ ｉ型
传感 器和 电子 罗盘测量 信号接收器等 。信号 接
口箱 的输入 口直接与水 面传感器组件 相连 ，输 出 口可 以通过 Ｒ ２ ２Ｒ ４ ５总线 与后台便携 式 Ｓ ３／ ｓ ８ 计算机相连 ，通过软件处理 进行水 下准确定位 ， 并 可通过 Ｇ Ｓ信号输入 。实现水 下导航 、航线 Ｐ
应用广泛。 利用 Ｒ Ｖ进 行 水 下 定 位 目前 通 用 的 方 法 是 Ｏ
（ Ｓ Ｌ 。该 型 Ｕ Ｂ ＵＢ） Ｓ Ｌ采 用 的 是 Ｔ ｔ ｈ Ｍ ｃ ｎ ｉ ｃ ｆｅ ｉ ｏ ｒ
Ｎ ｖ 司生 产 的 ，硬 件 部 分 由水 下 传 感 器 组 件 、 ａ公
水 面传感 器组件 以及信 号接 口箱组 成 ，如 图 １ 所 示 。水下传 感器组件 中 ，主要部 分是短 基线
主要用 于支持水下 调查研究 。此后 ，这类 系统 便 在为拖体 。Ｒ Ｖ等水下 目标 的定位 中成 为 了 Ｏ
重 要角色。 在 声 学 定 位 系 统 中 ，按 照 接 收 基 阵 的 尺 度 或 应 答 器 基 阵 的 基 线 长 度 来 分 类 ，水 声 定 位 技 术 可 以分 为 ｉ 种 ：长 基 线 定 位 （ Ｂ ） Ｌ Ｌ ，短 基 线 定 位 （Ｂ ） 和超 短 基线 定 位 （ Ｓ Ｌ ，有 些 现 ＳＬ ＵＢ ）
叫 一睦啵睁 … ∞ 一 一
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刘燕红
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一
、
概 述
多用途 、开放 和采用模块 化设 计 的水 下遥控机 器人 。该 型机 器人 可搭 载 多种传 感器 和设 备 。 如各种 固定安装摄 像机 、拱形 透 明罩安 装摄像 头 、Ｈ Ｄ高 清摄 像 头 和静 态 摄像 头 、 卤素灯 、 Ｌ Ｄ照明灯 、声 纳 、机械手 和各种传感 器 ，可 Ｅ 根据用 户工作 的需要配置 成专业 的 、完 美 的水
下 工作 载体 。 Ｏ ｅｎ Ｍ ｄ ｌ ８ Ｓｉ 以 配 备 在 大 、 中 ｃａ ｏｕｅ Ｖ ｉ可 ｓ
在实施 水 中消 防作业 、沉船 打捞等救 捞任 务 之前 ，首要 的任务 是要 确切 定位 水 下 目标 、 了解 水下情况 。对海底 失事船艇及 其他沉 没物 的水 下定位是 一项关键且 高难度 的作 业 ，水 下 定位 一般是在 概位搜 索的基础上 ，利用声 纳船
定 位 声 纳 的应 答 器 ；此 外 ，还 包 括 倾 角 传 感 器 ，
利用水声传感器对 Ｒ Ｖ本体位置进行 测量 ，并 Ｏ 辅以其他的姿态传感器， 组成 组合导航系统， 可以 得到 高精度 的水 下位置信息 。本文 以海军 防救
部 队 配 备 的 Ｏ ｅｎ Ｍ ｄ ｌ ８Ｓｉ Ｒ Ｖ 为 对 ｃａ ｏ ｕ ｓＶ ｉ型 Ｏ ｅ
及 单 （ ）船 拖 扫 方 法 并 经 潜 水 员 水 下 探 摸 确 双
定沉 船 的具体 位置 。随着 水下机器人 技术 的成
熟 ．利 用 水 下 机 器 人 进 行 水 下 定 位 作 业 也 得 到
型打捞 救 生船上 ，与其 它装 备配合 执 行 ３ ０ｍ ０ 以浅 的援 潜救 生 和打捞 沉船 （ ） 艇 、飞机 、导 弹 、鱼雷 和有经济 、战略价值 的沉物等 重要任