高精度超短基线在水下定位中的应用
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 。
水下作业专项施工方案汇总
水下作业专项施工方案汇总一、前言水下作业是一项具有挑战性和复杂性的任务，需要通过科学合理的施工方案来保障作业的安全、高效进行。
本文将针对水下作业中常见的几种专项施工方案进行汇总和分析，旨在为水下作业施工提供参考。
二、深水定位作业方案深水定位作业是水下施工中常见的场景之一，对于定位精度和稳定性要求较高。
基于目前先进的技术手段，我们提出了以下深水定位作业方案：1.浮标定位法–通过在水面设置浮标，结合GPS、声纳等定位设备，实现对水下作业区域定位。
2.超短基线（USBL）定位法–利用超短基线系统，通过水下无线信号传输定位数据，实现水下设备的准确定位。
三、水下焊接作业方案水下焊接是水下作业中的重要环节，需要克服水压、水质等影响因素。
为保证焊接作业的质量和安全，我们提出以下水下焊接作业方案：1.气体保护焊接–在水下引入保护气体，组织水下氧气对焊接质量的影响，保障焊接质量。
2.潜水员手持电弧焊接–潜水员携带手持电弧焊接设备，通过手工操作完成水下焊接作业，灵活性高，但需注意安全防护。
四、水下管道铺设作业方案水下管道铺设是水下工程中的常见施工内容，需要综合考虑地形、水流等因素。
我们提出以下水下管道铺设作业方案：1.水下挖沟法–采用潜水员使用水下挖掘机或水下吹砂机等工具，在水底挖掘沟槽，便于管道的铺设与安装。
2.水下定向钻井法–利用水下定向钻井技术，通过水下水平定向钻井，实现管道铺设的快速、高效安装。
五、结语水下作业是一项技术含量高、风险较大的工作，需要针对不同施工环境和任务要求制定相应的专项施工方案。
通过本文对水下深水定位、水下焊接和水下管道铺设三个方面的方案汇总，希望能为水下作业施工提供一些参考和帮助。
GAPS超短基线声学水下定位技术及其在海洋调查中的应用
GAPS超短基线声学水下定位技术及其在海洋调查中的应用陈维【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2014(000)005【摘要】GAPS水下定位系统是法国IXSEA公司开发的一套便携式声学超短基线水下定位系统，具有安装方便，操作简单、精度高等特点。
本文分析了水下定位系统的分类和原理，并以GAPS超短基线水下定位系统为例分析了其组成，原理，工作过程及误差分析，并简单介绍了其在海洋地质调查中的应用。
%the GAPS of underwater positioning system is a portable underwater acoustic ultra-short baseline positioning system developed by IXSEA company in France. It is easy to install, simple operation, high accuracy, etc. This paper analyzes the classification and principle of underwater positioning system, and its composition, principle, working process and error analysis using the GAPS ultra-short baseline underwater positioning system as an example, introduced its application in marine geological survey.【总页数】3页(P15-17)【作者】陈维【作者单位】广州海洋地质调查局，广东广州 510760【正文语种】中文【中图分类】P228.1【相关文献】1.高精度超短基线GAPS在水下定位中的应用 [J], 韩德忠;隋海琛;赵阳;张兆富2.高精度超短基线GAPS在水下定位中的应用 [J], 韩德忠;隋海琛;赵阳;张兆富3.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;阳凡林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
基于超短基线的侧扫声呐水下目标定位技术
中国港湾建设China Harbour EngineeringUnderwater target positioning technology of side scan sonarbased on ultra short baselineYANG Li-wen 1,JIAO Yong-qiang 2,XU Jian 2（1.No.2Engineering Co.,Ltd.of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China;2.Shanghai Dahua Surveying &Mapping Co.,Ltd.,Shanghai 200136,China ）Abstract ：Side scan sonar measuring technique is one of the most effective means to detect and search the underwater target,it is used in many marine engineering and marine security projects.However,due to the characteristics of the towed measurement process,it is not able to accurately measure the underwater target.The actual operation,it is often need to use the multi direction detection and other means to determine the accurate position of the underwater target,reduce the detection efficiency of the underwater target.We proposed the method of combining the side scan sonar with the ultra short baseline,which can effectively improve the accuracy of measurement and positioning of the underwater target,and can greatly improvethe efficiency of side scan operation,reduce the operating cost,and has strong practicability.Key words ：side scan sonar;ultra short baseline;target;location;survey摘要：侧扫声呐测量技术是探测、搜寻水下目标的最有效的手段之一，在许多海洋工程、海事保障项目中都用到侧扫声呐测量技术。
usbl超短基线测距原理
usbl超短基线测距原理
标题：USBL超短基线测距原理
一、引言
超短基线（Ultra Short BaseLine，简称USBL）是一种水下定位系统，广泛应用于海洋工程、水下考古、海底资源勘探等领域。
本文将详细介绍USBL的测距原理。
二、USBL测距系统组成
USBL系统主要由水面控制单元、水下声纳信标和数据处理单元三部分组成。
其中，水面控制单元包括发射器和接收器；水下声纳信标用于接收发射器发出的信号并进行反射；数据处理单元负责处理接收到的信号，并计算出目标的位置信息。
三、USBL测距原理
USBL测距原理主要是通过测量声波从发射器到目标再到接收器的时间差，从而计算出目标的距离。
具体步骤如下：
1. 水面控制单元的发射器向水下声纳信标发射声波。
2. 声波到达水下声纳信标后，被反射回来。
3. 接收器接收到反射回来的声波，并记录下接收时间。
4. 数据处理单元根据声波在水中的传播速度以及发射和接收时间，计算出目标的距离。
四、误差分析与修正
由于实际环境中存在各种因素的影响，如声速的变化、多路径效应等，可能导致测距结果出现误差。
因此，在实际应用中，通常需要对测距结果进行误差分析和修正。
五、结论
USBL超短基线测距技术以其精度高、操作简便等优点，在水下定位领域得到了广泛应用。
了解其工作原理，不仅可以帮助我们更好地使用这项技术，也有助于我们在实践中对其进行改进和优化。
六、参考文献
[待补充]。
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。
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。
超短基线(USBL)定位技术在海工工程中的应用
超短基线（USBL）定位技术在海工工程中的应用作者：刘勇来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第10期摘要：超短基线测量定位技术是近年来水下声学定位控制与检测领域一项全新的应用技术。
本文以胜利海上油田海底管道联锁排工程为案例，简要阐述了超短基线测量定位技术在海工工程中的应用。
通过与传统作业方法的比对，提出利用该技术便捷，测量成果准确，建议推广应用。
关键词：超短基线;水下定位;海工工程;连锁排1 超短基线定位系统的工作流程1.1 系统的组成及工作原理超短基线定位系统主要由两部分组成：水声换能器及水下应答信标。
换能器探头里有多个水听器，按三角形布阵，水聽器之间距离只有几厘米。
系统是根据声波在水中传播的往返时间及声速来测量水声换能器到水下信标的距离，利用安装在水声换能器探头中的多个水听器接收阵接收水下信标的应答信号的相位差来确定发射接收机相对船艏的方位。
1.2 水下定位作业工艺流程1.2.1设备构成USBL水下定位设备主要由以下部分构成：水听器、导航控制单元、信标、电缆。
但实际作业时还需要有工作船舶、电罗经、GPS系统、带USBL版本的导航定位软件以及电脑等配合使用。
1.2.2水下定位系统的安装USBL水下定位系统的安装主要是针对水听器的安装，水听器安装时采用船舷安装，该方式具有较大的灵活性，便于安装和拆除。
安装时水听器必须探出船底，并将水听器零艏向与船艏向保持一致，其在船体纵向上的位置，以距离船尾1/3 附近比较合适，同时要避开作业船侧面推进器。
1.2.3 系统的校正对USBL水下定位系统进行校正，因USBL安装有内置姿态传感器，所以无需对倾斜和摇摆进行校正，只需检测水听器零艏向和船艏向是否一致，即对方位的校正。
在水听器安装完成后，将两个信标分别放在船左舷、船中心线、船舷两侧和船尾4个不同的位置、不同的水深，反复进行应、答测试，在导航定位软件屏幕上显示的结果同选定的位置方位进行比较，从而获得水下声跟踪定位系统水听器零方向与船艏向的偏差改正数，将此改正数输入到导航定位软件中自动改正。
超短基线系统在ROV水下定位的应用研究
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
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。
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
超短基线水声定位课件
超短基线（USBL）主要用户——水下打捞与救助系统
• 中国交通下属海事局、救助打捞局以及文物考古所等。
如海底沉船、失事飞机残骸的搜索打捞作业中必须动用ROV或AUV对失事区域进行大范围 搜索，同样需要水声定位系统，水声定位系统可监测引导ROV/AUV 的行进路线。
蛟龙号上使用的长基线定位系统
超短基线（USBL）主要用户——水下工程施工
水声定位产品在水下铺排定位的应用
• RTKGPS参考站
水声定位产品在水下铺排定位的应用
• 水下应答器定位结果：
x 3508773.077
x 3508772.986
高斯投影平面坐标对比 RTKGPS参考值： y 12075.115 测量值: y 12075.535
h 19.905
h 19.252
水声定位产品在水下铺排定位的应用
应答器编号 33 31 40
x（米） 3466136.744 3466109.662 3466118.658
y（米） 384922.491 384908.772 384960.271
第一张排布上应答器的高斯投影平面坐标
水声定位产品在水下铺排定位的应用
实际施工后测量 第二张排布测量结果 3月7日下午2点施工，至晚上8点完成施工，排上放置5个应答器 （编号为3,23,28,42,46）。 第二天上午进行测量，5个应答器全部正常应答，测量结果如下：
水声定位产品在水下铺排定位的应用
铺排过程中，采用超短基线定位模式， 对排体位置进行实时跟踪，指导施工。
排布铺设完毕后，采用长基线定位模 式，对排体在水下的最终位置进行高 精度定位检测，定位精度达到0.5米以 内。
水声定位产品在水下铺排定位的应用
• 用于铺排作业定位的 抛弃型应答器
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。
中国研成高精度超短基线定位系统打破国外垄断
的耳朵 ，两耳之 间的距离 就相 当于基 信号后 测算 出 目标 的方位及 距离 。以 等 方面面 临的被动局面 。该 系统 目前
水 中的快速衰 减使 Ｇ Ｐ Ｓ的定位手段无 应 用 灵 活 。
计 算出 “ 蛟龙 ”号的具体位 置、所处
的深度 以及 与母船 的距离 。 孙 大军 教授 团 队从 ２ ０ ０ ２年开 始
计 可施 。声 波是 目前最有效 的水下远
超 短基线定位 系统工作原 理就是
距 离传播 信息 的载体 。声学 定位 系统 在水下被定位 的 目标上 ， 安装声 信标 ， 进行相关研究 ，２ ０ １ ３年研 发成功国内
线 。长 基线 系统 的信标 之间相距几 公
“ 蛟 龙”号 为例 ，当其 身处 海底 时 ，
已在国内 “ 大洋一号 ”、 “ 科学”号 、
里到几十公里 ， 基线 越长 ，精度越高 。 在水下 每 ８秒 向母 船发 出一 次声学信
“ 向阳红九号 ”等科考船上安装 。
（ 摘自 （ 《 科 技 日报 ）
军事 Ｉ Ｍｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｒ ｙ
中国研成高精度超短基线定位系统 打破 国外 垄 断
在 幽深 的海 底 ，要想 知道潜水器 的超短 基线系统 ，接收传感器 之间仅 利 用这种时延差 ，超短基线 系统 就能 所在位 置并不容 易 ，因为无 线 电波在 相距几 十厘米 ，最大优势便 于安装 、
北 美防空联合 司令部 （ Ｎ Ｏ Ｒ ＡＤ）
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
新型超短基线水下定位系统的校准与验证
新型超短基线水下定位系统的校准与验证摘要:本文旨在为读者介绍超短基线水下定位系统（USBL）的原理，以及影响USBL 系统性能的若干因素。
本文以英国Sonardyne公司第六代超短基线系统为例，论述接入USBL系统的外部传感器的重要性，以及与这些外接传感器相关的误差如何影响位置解算。
还特别强调了系统安装引起的潜在误差，以及如何通过校准消减这些误差。
在某些场合，可能无法或无需进行USBL校准，本文也将介绍一些确定收发器校正值的近似值、评价已校准和未校准USBL系统性能的技术。
关键词：超短基线，水下定位系统，USBL，误差，近似值。
1引言超短基线水下定位系统（USBL），是一种使用船载收发器发射声波信号来侦测到目标物的距离和方位的水下定位系统。
这一测距和测向技术基于两个原理。
第一个原理是：通过精确测量声波信号在目标物和换能器之间传播的时间和传播的速度来确定精确的距离。
第二个原理是：通过辨别收发器中多个换能器声上接收到的声波信号细微的相位差来确定方位。
这使得超短基线水下定位系统通过确定每一个换能器上声波信号时间相位的差来计算到达的信号的角度。
收发器被称为多元收发器，它包含一个单元专用于发射，还有若干单元专用于接收。
USBL系统还包含其他的几个组成部分，包括用于精确测量船体仰俯、摇摆和艏向的姿态传感器，以及进行校准所必须的精确水面定位系统DGNSS。
USBL 系统还包含安装在船上的用于控制USBL系统的硬件和软件、相连的电缆以及安装收发探头的释放杆。
2 USBL系统校准2.1校准目的USBL依靠确定到目标物距离和方位进行定位。
方位可以用到目标物相对于收发探头的方位角和高度来表示。
确定目标物相对于船体自身参考系的位置，必须知道收发探头框架相对于船体框架在纵摇、横摇和艏向三方向关系，以及收发探头相对于公共参考点的偏移距。
如果收发探头的指向上存在任何误差，都将造成目标物位置的误差。
位置误差与探头到目标物的距离成正比。
多点测量技术在水下目标高精度定位中的应用
多点测量技术在水下目标高精度定位中的应用摘要：在水中兵器试验过程中，对水下目标进行定位是测量装备的一项基本任务，目前一般采用超短基线定位技术对水下目标进行定位，系统的定位精度主要取决于相位差测量精度，为克服相位测量模糊，基阵的阵元间距d≥l/2，而系统的定位精度误差又与阵元间距d成反比，因此，对远程目标进行定位时达到较高的定位精度较难。
本文初步探讨了采用多点测量处理技术来提高测量系统定位精度的方法，并进行了仿真演算。
关键词：定位精度；水下远程目标；多点测量1远程目标定位存在的精度问题目前对水下目标进行定位时，一般采用超短基线定位理论，超短基线定位测量系统实现定位的原理是通过对基阵两两阵元间入射声线的相位差的测量，确定应答器在基阵坐标系中的位置，从而确定水下目标的位置。
超短基线水声定位技术对水下目标进行定位的工作示意图如图1所示。
定位系统工作时通过水下基阵与应答器进行应答，测出基阵与应答器（水下目标）的距离，并利用相位差或相位比较法，通过对基阵两两阵元（水听器）间入射声线的相位差测量，确定应答器（水下目标）在基阵坐标系中的位置。
图1 超短基线定位系统工作示意图2多点测量的原理及算法2.1多点测量定位原理多点测量定位技术工作原理如下：系统通过多点测量实现对水下固定目标的定位，定位原理类似于长基线定位原理。
定位方法描述如下：水下目标布放完毕后，测量船围绕水下目标绕行一周，绕行过程中选取合适的测量点，在每个测量点对目标采用水声应答方式测距，根据球面交会的原理进行定位解算，在好的测量点组合下，三个测量点就可以对目标进行定位。
为了保证定位精度，测量船最好绕着目标环形运动，行进路线示意图如图所示。
图2 测量船行进路线示意图2.2多点测量定位算法下面对多点测量的具体算法进行详细说明，水声测量装置在对水下目标进行具体定位时，一般的工作程序是首先由水面MODEM（声发射换能器）发射询问信号，水下MODEM（声发射换能器）收到询问信号后以应答信号立即予以响应，水面MODEM收到响应信号后，测量装置通过时间差得出两者之间的距离，变换水面MODEM的位置(每次都在同一深度)或深度可得到三个距离值，下面用三维坐标图3做说明。
超短基线（USBL）在OBN定位中的应用
220OBN（Ocean Bottom Node，海底节点）是一种位于海底，可以独立采集、记录地震信号的多分量地震仪，可以在浅滩、过渡带、平台等复杂地形施工作业，其独立采集的特点让OBN作业区域更宽泛，作业方式更多样，施工效率更高。
特别是深水的OBS地震勘探中，OBN已经成为海洋地震采集的主要方法[1]。
在OBN地震勘探中，节点铺放精度是直接决定地震资料好坏的因素之一。
在铺放过程中由于受到潮流、水中障碍物、海底泥层的不规则性等因素影响，节点在下水点的位置坐标和其实际沉放到海底的位置坐标存在着较大差异，这种差异会直接影响地震资料的好坏。
所以海洋地震勘探对OBN施工作业的要求是：确定检波点点位在海底的准确位置，使其精度尽可能满足施工设计和作业指标要求，确保地震资料质量[2]。
1 OBN 施工方式和定位方法OBN与拖缆、OBC的区别主要是OBN作为一个无需额外供电的独立采集系统，可以单节点铺放，也可以多个节点串联起来铺放。
常规的施工方式是用绳子将多个节点按照一定的道间距，把整个施工设计排列上所有的节点串联起来，按照测线的桩号顺序一个个铺放到海底，等完成地震资料采集后再将节点从海底回收。
因节点本身不具备声学定位功能，需要在节点上绑定信标（声学设备），通过确定信标在水下的位置来确定对应节点的位置。
为了提高节点的铺放精度，需要采用超短基线（USBL）声学定位系统实时定位节点铺放过程中节点的位置，利用作业船舶的位置调整，通过节点绳将受力传导给节点，调整控制节点在水中下落过程中的运动状态，使节点落在设计点位的范围内。
节点完成铺放后，还要对水下节点进行二次声学定位，确定节点在海底的真实位置，作为最终的成果资料。
2 超短基线（USBL）系统工作原理和应用在国内外的OBN项目里，水深低于300米的项目都使用到了超短基线（USBL）声学定位系统。
相对于长基线定位系统，超短基线（USBL）使用更方便，更简单，不用专门在海底铺设声学矩阵，就可以实时跟踪单点信标，非常适合OBN节点作业的特点。
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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。
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 PositioningZhang 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,。