GPS声呐浮标定位系统研究
如何使用卫星定位系统进行航标测量
如何使用卫星定位系统进行航标测量卫星定位系统（Satellite Positioning System, SPS）是一类利用人造卫星提供的信号进行空间定位的技术。
卫星定位系统被广泛用于陆地、海洋、航空、航海等领域的测量与导航任务中。
本文将探讨如何利用卫星定位系统进行航标测量。
一、卫星定位系统基础卫星定位系统主要包括全球定位系统（Global Positioning System, GPS）、伽利略卫星导航系统（Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou）、格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）等。
这些系统通过在地球轨道上放置一系列的卫星，并通过与地面接收设备的通信来实现精确的定位。
二、航标测量概述航标是航行中的重要标志物，如灯塔、浮标、航标灯等。
航标测量是指对这些航标进行精确的测量和定位，以确保航行的安全。
三、航标测量的需求船舶、潜水器、水下机器人等在进行航行或水下作业时，需要准确的位置信息来确保其行进或定位的准确性。
航标测量可以为这些航行器提供准确的参考位置，以及航线规划等信息。
四、航标测量的方法使用卫星定位系统进行航标测量可以采用以下方法：1. 单点定位法：通过利用单个卫星定位系统接收机接收卫星信号，来确定接收机所在位置的方法。
该方法适用于航标位置已知，但需要验证或修正的情况。
2. 相对定位法：通过同时接收多个卫星信号，并利用相对距离来确定接收机所在位置的方法。
该方法适用于航标位置未知的情况，可以通过与其他已知航标的位置关系来进行定位。
3. 动态定位法：针对航标位置随时间变化的情况，可以利用卫星定位系统的实时性，通过接收连续的卫星信号并进行实时计算，来获得航标的位置信息。
五、航标测量的准确性与精度卫星定位系统提供的位置测量结果通常具有较高的准确性与精度。
但在进行航标测量时，还需考虑到以下因素的影响：1. 接收机与卫星的可视度：接收机与卫星之间的遮挡物（如建筑物、山脉等）会降低信号的质量，从而影响测量的准确性。
海洋定位方法
海洋定位方法1. 简介海洋定位是指通过利用一定的技术手段在海洋中准确测量和确定特定地点的位置或方向的方法。
海洋定位在海洋科学、海洋工程、水下勘探以及海洋资源开发等领域起着至关重要的作用。
本文将介绍一些常见的海洋定位方法，并探讨它们的原理和应用。
2. 传统海洋定位方法2.1 水平定位方法水平定位方法主要用于确定水平方向上的位置，包括经度和纬度。
以下是两种常见的水平定位方法：2.1.1 全球定位系统（GPS）全球定位系统（GPS）是一种基于卫星导航的定位系统，通过一组卫星和地面控制站共同工作，可以提供高精度的三维定位。
在海洋领域，船只通过与GPS接收机的通信来获取当前位置的经度和纬度。
2.1.2 基于声纳的定位方法声纳定位方法利用声波在水中传播的特性来估计目标的位置。
通过发射声波信号并测量其返回时间和强度，可以计算目标与发射器之间的距离和方位角。
根据多次测量的结果，可以确定目标的位置。
声纳定位方法主要应用于海洋勘探、海洋生物学研究等领域。
2.2 垂直定位方法垂直定位方法主要用于测量水深，即垂直方向上的位置。
以下是两种常见的垂直定位方法：2.2.1 深度测量器深度测量器是一种通过测量声波在水中传播的时间来确定水深的设备。
它利用声速和声波的传播时间之间的关系来计算水深。
深度测量器广泛应用于海洋测量、海洋工程等领域。
2.2.2 海底测量器海底测量器是一种通过测量海洋地形和地貌特征来确定水深的设备。
它利用声纳、多波束测深仪、激光测深仪等技术，对海底进行精确的测量和绘制。
海底测量器主要用于海洋地质调查、海底管道敷设等工作。
3. 新兴海洋定位技术除了传统的海洋定位方法外，近年来出现了一些基于先进技术的新型海洋定位方法。
以下是两种常见的新兴海洋定位技术：3.1 卫星测高技术卫星测高技术利用卫星搭载的激光雷达或雷达测量海洋表面高度，从而推算出海洋的动态变化。
这种方法具有全球覆盖范围和高时空分辨率的优势，可以实时监测海洋表面的高度变化、洋流和海浪等信息。
声纳系统在海底障碍物探测中的应用研究
声纳系统在海底障碍物探测中的应用研究摘要：随着海洋经济的迅速发展，海域使用开发活动日益频繁。
该文以平台就位为例，在平台就位前，对该平台周围进行了地貌及海底障碍物状况调查，并为潜水探摸提供障碍物定位。
采用GPS定位系统、单波束系统和侧扫声纳系统组合进行扫海测量，以提高声图中海底平台附近的障碍物定位精度。
关键词：声纳系统海底障碍物探测中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X （2015）12（c）-0079-02现有的沉船探测步骤为：（1）走访沉船海区所属辖区的海事部门收集资料，按照年代和区域进行分类；（2）以给定的概位为中心划出2 km×2 km的区域先用侧扫声纳进行扫测；（3）若侧扫声纳探测到目标，根据声图像量出沉船的位置、大小和高度，再用多波束在侧扫声纳探明的目标周围测量水深，测出最浅点水深并绘制一定比例尺的水深图，水深测量期间设置临时验潮站用于水位改正；（4）综合分析多波束水深数据和侧扫声图像，并用多波束最浅点修正沉船位置坐标；（5）若侧扫声纳扫测未发现沉船目标，则扩大扫测范围至4 km×4 km，发现目标后用多波束进行水深测量，若仍然没有发现，可用磁力仪进行探测，磁力数据有异常，说明沉船已淤于泥下。
若磁力数据无异常，说明沉船未在给定区域或已清除。
相对来说，对于疑存雷区和未爆炸弹探测手段很少，现在最有效的手段是磁法探测，用磁力仪定深探明水雷和未爆物的位置，但磁法探测要求高、效率低、探测区域大，只能逐年分块进行探测。
1 仪器工作原理和技术要求1.1 侧扫声纳工作原理侧扫声纳利用换能器向船航行方向两侧发射具有一定指向性的高频声波束，声波束照射到左右两侧一定宽度范围内的海底表面，声波触及海底表面上的地物产生返向的散射声波，从声图像中检出海底表面上的地物性质、大小、高度。
侧扫声纳拖曳式测量拖鱼远离工作船，可大大降低干扰噪声，工作稳定，不受船体俯仰摇摆影响，传播条件良好。
水声信号处理领域若干专题研究进展
水声信号处理领域若干专题研究进展李启虎（中田科学院声学研究所１摘要本文介绍了当前水声信号处理顿域中的一些最新研究成果。
其中主要涉及水声通信、台成孔径声纳（曼ＡＳ）、数据融台问矗，大洋声层折、水下ＧＰＳ系统和安静型潜艇辐射臻声的翻量等．可供我田高技术跟踪技术决蘸怍参考．、ｊ关键词：水声信号处理？专题研究进展中豳分类号：ＴＢ５６１前言水声信号处理是海洋领域乃至信息领域最为活跃的学科之一。
随着２１世纪的到来，海洋开发和信息科学的快速发展对水声信号处理技术提出了越来越高的要求。
同时，巨大的需求牵引又强有力地拉动水声信号处理技术的发展．国民经济和国家安全迫切需要水声信号处理技术提供新的更先进的手段，以便解决日益增长的需求．美国ＩＥＥＥ协会为纪念信号处理领域发展５０年来的成就，组织了一批批专家编写了一系列的综述文章．其中就有水声信号处理（见中科院声学所编译的文集“水声信号处理的过去、现在和未来”，１９９５年５月，北京）。
本报告不准备涉及水声信号处理的各个课题．而是有选择地介绍当前的几个热点问题，其目的是为我国海洋８６３和国防预研项目提供原始资料．为２１世纪初水声信号领域课题的选择提供一些背景资料．这些专题包括水声通信、水下ＧＰＳ系统、合成孔径声呐（ＳＡＳ）、水声信号处理中的数据融台问愿、大洋声层折和安静型潜艇辐射噪声的测量等等．水声信号处理所涉及的问题非常多，要在～份报告中作全面．系统的阐述是十分困难的．我们试图介绍一些最新研究成果，为我国的高技术跟踪计划提供决策参考。
２水声通信由于电磁波在海水中传播时衰减严重，所以在海洋中的检测、通信、定位和导航主要利用声被．声波是目前人类己知的水中信息传输的主要载体．随着海洋开发的迅速发展，对水下声通信的要求越来越迫切，从技术原理来说，水声通信可以看作是主被动声呐技术的结合．比如要选择合适的发射信号向水中发射（主动声．，·呐），又要有适合的接收机接收信号（被动声呐）．但是水声通信又有自己许多独特的特点，如长脉宽的编码序列、解码技术等．水声信道远远不如电磁波的升质大气或真空那样，允许非常多的信号通道。
声呐浮标的关键结构设计
2020年第 3 期 声学与电子工程 总第 139 期声呐浮标的关键结构设计程浩（第七一五研究所，杭州，310023）摘要 介绍了声呐浮标组成、工作状态和总体布局，有助于相关领域的技术人员快速了解声呐浮标，同时，研究了声呐浮标关键结构设计的方法，形成了声呐浮标结构设计模块化知识，对开展新型声呐浮标结构设计具有一定的借鉴意义。
关键词 声呐浮标；漂浮气囊；定深装置；结构设计声呐浮标（下文简称浮标）主要装备于反潜飞机，它与机载声呐处理系统一起，依据水下目标在海洋环境条件下的特征，对目标进行搜索、识别、定位和跟踪，并为攻潜武器的使用提供目标指示，是航空搜潜的主要手段。
浮标具有系列化的标准尺寸、体积小、重量轻、接口简单、互换性好且使用灵活，便于与其它搜潜装备开展协同探测[1-2]。
1浮标组成及工作状态1.1浮标组件浮标具有标准的外形尺寸[3]，A尺寸长914 mm，G尺寸长419 mm，F尺寸长为304 mm，外径均为124 mm。
浮标一般由外壳组件、减速降落机构、水面漂浮组件、水中悬浮组件和水下声学组件组成。
其中，外壳组件将其各部分封装在一起形成有机整体。
浮标的实体组成如图1所示，这些模块化的零部件具有良好的继承性、通用性和扩展性，可以根据浮标类型，选取相应模块进行组合。
图1 声呐浮标实体组成1.2浮标工作状态浮标一般由反潜飞机空投使用，离机后在减速降落机构的作用下，姿态调整至稳定状态下落；浮标接触水面时，充气装置对漂浮气囊充气，膨胀的漂浮气囊迫使浮标分解，水面漂浮组件上浮至海面，水中悬浮组件定深并释放传输电缆，水下声学组件下沉至预设深度并展开换能器基阵。
浮标开始工作，接收目标辐射噪声或者发射声脉冲并接收回波信号，同时接收其它声呐设备发射的声波经目标反射而产生的回波信号；接收的水声信号经过放大、滤波等处理，调制成高频信号，经漂浮气囊内置的高频天线向接收设备传输；浮标可以实时接收遥控指令执行相关动作，完成使命后自沉海底。
声纳原理_声纳系统测距方法
和高通滤波器分别让这两个频率分量的信号通过，即 可估计出这两个频率分量，从而测出目标距离。 定义单位距离的频率数值 提高距离分辨力，必须加大调频频偏，减小调频信号周期。 存在多普勒频移时，此方法不适用。
（二）三角波调频测距
杨益新 9
第二节 窄带信号的模糊函数
1。信号的多普勒频移
声纳与目标间的相对运动会使接收的信号波形发生改变， 表现为信号频率的偏移，称之为多普勒频移。
杨益新
t≥0
14
匹配滤波器对于时延 τ 0 和频移 ξ 0的回波的响应为
y (τ ) = ∫ sr (t )h (t τ )dt
∞ ∞ ∞
= ∫ sr (t )s * [t + (t0 + τ 0 τ )]e j 2πξ0t dt
∞
y (τ ) = χ (t0 + τ 0 τ ,ξ 0 )
通过研究信号模糊函数的特性，可以了解声纳系统匹配滤波 处理的效果。
~ sT (t ) = a (t )e j 2πf0t
杨益新 12
~ 接收信号为： r (t ) = a [(1 + δ )(t τ )]exp[ j 2πf 0 (1 + δ )(t τ )] s
目标与声纳的相对运动有两个方面的影响，即信号复 包络的时间比例变化和载频的移动。 复包络的最大失真发生在脉冲信号的后沿，时间偏差为 t = T 2 v / c 信号带宽为B，信号复包络的变化保持在1/B秒内，那么这种 影响可以忽略不计。此时要求：
杨益新
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T = 0.01
k = 80000
F = 800
杨益新
22
第三节 被动测距方法
1。概述
基本方法：方位法和时差法
gnss 浮标法
gnss 浮标法（最新版）目录1.GNSS 浮标法的概述2.GNSS 浮标法的工作原理3.GNSS 浮标法的应用领域4.GNSS 浮标法的优缺点正文【1.GNSS 浮标法的概述】GNSS 浮标法是一种利用全球导航卫星系统 (Global Navigation Satellite System, GNSS) 进行海洋观测的技术。
它通过在浮标上安装GNSS 接收机，接收卫星信号，实现对浮标位置、速度、加速度等海洋参数的实时监测。
这种方法具有精度高、可靠性好、成本低等优点，被广泛应用于海洋科学研究、海洋环境监测等领域。
【2.GNSS 浮标法的工作原理】GNSS 浮标法的工作原理主要基于 GNSS 系统的卫星信号。
GNSS 系统由多颗卫星组成，卫星向地面发射信号，接收器接收到至少三颗卫星的信号后，可以计算出自身的位置信息。
GNSS 浮标法将接收机安装在浮标上，通过接收卫星信号，实现对浮标的精确定位。
同时，浮标还配备了各种传感器，如温度传感器、盐度传感器等，可以对海洋环境参数进行实时监测。
【3.GNSS 浮标法的应用领域】GNSS 浮标法在多个领域都有广泛应用，包括但不限于以下几个领域：(1) 海洋科学研究：通过 GNSS 浮标法，科学家可以实时监测海洋表层和深层的流速、流向等参数，为研究海洋环流、海洋生态系统等提供数据支持。
(2) 海洋环境监测：利用 GNSS 浮标法，可以实时监测海洋表层温度、盐度等环境参数，有助于了解海洋气候变化、海冰融化等情况。
(3) 海洋灾害预警：通过 GNSS 浮标法，可以实时监测海啸、风暴潮等海洋灾害的动态信息，为灾害预警和防范提供数据支持。
【4.GNSS 浮标法的优缺点】GNSS 浮标法具有以下优缺点：(1) 优点：- 精度高：GNSS 浮标法利用卫星信号进行定位，精度可以达到厘米级别。
- 可靠性好：GNSS 浮标法不受天气、海况等环境因素影响，具有较高的稳定性。
- 成本低：相较于传统海洋观测方法，GNSS 浮标法的设备成本和维护成本较低。
智能浮标系统的架构与关键技术
1112023年·第4期·总第205期智能浮标系统的架构与关键技术赖粤龙 李 凯 傅雨佳（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 ２０００１１）摘 要：…随着对海洋的探索开发，人类对海洋数据的需求日益增长。
海上浮标作为海洋水文气象的自动观测站，在技术的加持下被赋予了越来越多的功能，被运用到探索开发海洋的方方面面。
但是，目前海上浮标的应用场景比较单调，其信息传输仍受到诸如气候环境、通信距离等因素的影响。
为满足对海洋数据日益增长的需求，该文提出一种基于海上浮标技术、海底光缆技术与网络技术相结合的智能浮标系统，并设想了这套系统的若干应用场景。
关键词：智能浮标系统；海底光缆；网络技术；数字海洋中图分类号：U662.9；P715.2………文献标志码：A………DOI ：10.19423/ki.31-1561/u.2023.04.111Architecture and Key Technologies of Intelligent Buoy SystemLAI Yuelong LI Kai FU Yujia(Marine Design & Research Institute of China, Shanghai 200011, China)Abstract: With the exploration and development of the ocean, human’s demand for ocean data is increasing. As an automatic observation station for marine hydrometeorology, marine buoys have been assigned more and more functions with the support of technology, and have been used in all aspects of exploration and development of the ocean. However, the current application scenarios of marine buoys are relatively monotonous, and their information transmission is still affected by factors such as climate environment and communication distance. In order to meet the growing demand for ocean data, an intelligent buoy system based on the combination of marine buoy technology, submarine optical cable fiber technology and network technology is proposed with imaginations of several application scenarios of this system.Keywords:…intelligent buoy system; submarine optical fiber cable; network technology; digital ocean收稿日期：2023-03-07；修回日期：2023-05-11作者简介：赖粤龙（1997-），男，本科，工程师。
基于北斗卫星的海上浮标应用研究
基于北斗卫星的海上浮标应用研究北斗卫星是我国自主研发的全球卫星导航系统，具有覆盖范围广、定位精度高、授时能力强等特点，被广泛应用于各个领域。
海上浮标作为监测海洋水文、气象、环境等重要的海洋观测设备，其布设和监测过程需要借助定位导航技术，而北斗卫星的高精度、全天候的服务为海上浮标提供了便捷的解决方案。
1.提供高精度定位。
北斗卫星系统是全球性的卫星导航系统，其定位精度高，可为海上浮标提供准确的定位服务。
通过北斗卫星系统，可以实现海上浮标的实时、精确、全天候定位。
2.降低安装和维护难度。
传统的海上浮标定位设备通常需要加装地基站或使用激光定位等技术，这些技术的成本较高，安装和维护难度也较大。
而北斗卫星系统具有全天候、全地形、全球覆盖的特点，可以免除海上浮标的基础设施建设和维护成本。
3.实现远程监测和控制。
借助北斗卫星网络，可以实现对海上浮标的远程监测和控制。
通过北斗卫星传输数据，可以实时接收海上浮标的观测数据、环境参数和工作状态等信息，对海洋环境和海上浮标设备的状态进行实时监控和评估。
2.海上浮标安全监控。
海上浮标可作为海上交通标志设备，协助船舶进行航行和避让。
当海上浮标发生异常或遭遇恶劣天气等情况时，通过北斗卫星系统，可以对其进行实时监测和远程控制，保障海上浮标及周边海域的安全。
3.海洋资源开发和利用。
海上浮标可通过安装各种海洋测量设备，进行海洋资源开发和利用的勘测、调查和监测。
借助北斗卫星的高精度定位功能，可以实现对海洋资源开发和利用的准确定位，从而提高资源开发和利用的效率和精度。
三、结论。
声呐浮标漂浮性能分析
2020年第 3 期 声学与电子工程 总第 139 期26声呐浮标漂浮性能分析程浩（第七一五研究所，杭州，310023）摘要 为了让处于漂浮状态的声呐浮标稳定可靠的接收和发射信号，针对应用实例中无线电天线作用距离过短的现象，着重分析了浮标的重心、稳心及浮心的相对位置对漂浮性能的影响，给出了稳定漂浮的条件及避免摇摆共振的方法，可为浮标结构设计人员提供参考。
关键词 声呐浮标；漂浮性能；稳心；恢复力矩声呐浮标（下文简称浮标）是一种主要的航空搜潜装备，空投入水后，漂浮装置保持直立姿态漂浮于水面。
水下传感器借助传输电缆下沉到预设的工作深度，将接收到的目标信号经过放大、滤波等处理，调制成高频信号，天线向空中发射，由飞机上的设备进行接收。
浮标的无线电天线和GPS 天线均安装在漂浮气囊内。
在波浪的激励下，浮标会出现摇摆现象，若漂浮气囊倾倒，将会减小无线电作用距离，导致GPS 位置信息无法实时更新，影响通信链路的稳定性和可靠性。
浮标是一种系列化的多类型产品，各种类型的组成模块大同小异，本文根据浮标的重心位置、浮心位置及摇摆的固有周期，研究浮标漂浮性能。
1 浮标漂浮状态浮标处于漂浮状态时，漂浮气囊与水面电子仓形成密封舱体漂浮在水面，无线电天线和GPS 卫星天线安装在漂浮气囊内，水面电子仓下悬挂有传输电缆和传感器等相关组件，如图1所示。
图1 浮标漂浮状态示意图研究浮标漂浮性能时，简化水下悬挂物部分，近似为没有体积的质点附属在水面电子仓的下端面。
忽略海水的阻尼力，浮标静止漂浮在海面时，受到重力、排水产生的浮力以及悬挂物的拉力。
漂浮平衡条件是受到的外力之和为0。
图2为浮标漂浮海面时受力情况。
图2 浮标平衡状态受力图浮标形状成轴对称性，浮力F 的作用点即浮心B 是排开水体积的形心，在中心轴线上；水面电子仓内零部件的质量几乎对称分布，故整体重心G 在中心轴线上；悬挂物产生的拉力作用点设置在端面中心点K ，因此，浮标静止漂浮时，重力W 、浮力F 和拉力T 作用在同一铅垂线上，且T +W =F 。
声呐浮标技术及其发展方向
声呐浮标技术及其发展⽅向航空反潜是最有效的反潜作战⼿段之⼀[1]。
⽬前装备反潜飞机的航空声呐设备主要有吊放声呐和各种声呐浮标。
前者主要⽤于直升机和⽔上飞机，后者主要⽤于固定翼反潜巡逻机，也可以⽤于反潜直升机。
现代新型的安静型潜艇的噪声级已降到海洋环境噪声级的⽔平，从⽽使常规的被动声探测很难发现隐⾝潜艇⽬标，对低速潜艇的被动探测距离已从数百公⾥下降到⼏公⾥。
同时新型潜艇采⽤敷设消声⽡等隐⾝⼿段对抗回⾳探测也取得了显著的成效。
⼤型核潜艇重点部位的消声⽡可厚达1.5m，吸声效率达80%以上。
常规的中⾼频主动声呐已很难探测到声隐⾝潜艇的回波。
除此以外，声纳浮标的使⽤环境转向浅⽔⾼噪声区，并要适应信息化作战的要求。
⾯对这样的挑战，航空声呐，包括声呐浮标，也必须采取有效的变⾰性对策才能保证探潜任务的完成。
1声呐浮标系统⼯作原理声呐浮标系统的原理框图见图1。
它由各型声呐浮标（包括储存架、投放装置）、浮标⽆线电接收机、浮标定位仪（或声参系统）、信号处理机、显控台等组成。
⽆线电接收机⽤来接收浮标发射回来的⽆线电信号，对其解调，产⽣⾳频信号送往信号处理机进⾏处理。
现代的接收机都是多通道的，可以同时接收多路信号，常⽤的有8、16、32、64通道等多种配置。
声呐浮标参考系统是⽤来测定声呐浮标位置。
信号处理机的作⽤是将浮标发回的声数据进⾏与浮标类型相应的处理，解算并提取信号的各种特征供声呐员对⽬标检测和分类，信号处理机还可完成⽬标位置的解算，形成相应的战术数据，供显控台显⽰。
显控台是⼈机交互界⾯设备。
声呐浮标种类较多，主要分主动和被动两⼤类。
⼀般初始探测时主要使⽤被动浮标，由于被动全向浮标最廉价，使⽤的最多。
先进国家趋向于使⽤被动定向浮标，虽然其价格较⾼，但性能好，只要较少数量就可实现较多的被动全向浮标才能完成的功能，进⼊攻击阶段再使⽤主动浮标对⽬标精确定位。
⼤多数浮标的⼯作参数都是投放前⼈⼯设定的，⽐较先进的则可以在浮标投放后，根据需要遥控设定。
水下合作目标三维定位技术
第32卷第5期2010年5月舰 船 科 学 技 术SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .32,No .5May,2010水下合作目标三维定位技术陈云飞,李桂娟,贾 兵,高 峰(水下测控技术重点实验室,辽宁大连116013)摘 要: 在进行合作目标海试测量时,测量船需要对水下目标进行实时高精度测距定位。
针对此需求,本文在综合对比当前2种典型的水下定位技术优缺点的基础上,采用水面水下同时基技术设计了基于3个差分GPS 浮标的水下合作目标三维定位系统,建立了系统定位解算模型。
海试实验表明,该定位技术能获得与差分GPS 相近的水下立体定位精度,并且具有使用定位浮标少,海试布放简便的特点。
关键词: 合作目标;差分GPS;三维定位中图分类号: U666.7 文献标识码: A文章编号: 1672-7649(2010)05-0048-04 DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120101051012Underwa ter coopera te t arget 3D positi on i n gCHEN Yun 2fei,L I Gui 2juan,J I A B ing,G AO Feng(Key Laborat ory f or Under water Test and Contr ol Technol ogy,Dalian 116013,China )Abstract: I n the sea trial of cooperate target testing,three di m ensi onal positi oning is needed .Based on comparisi on of characteristics of t w o typ ical positi oning syste m ,a 3D positi oning syste m with three DGPS buoys f or cooperate target is designed using synchr onis m ti m e base,the positi oning model is established .Sea trial results de monstrated that this syste m is capable of p r oviding al m ost the sa me high 2p recisi on positi oning f or under water target compared with DGPS,and als o it has the feature of si m p le configurati on and easy dep l oying .Key words: cooperate target;DGPS buoys;3D positi oning收稿日期:2009-08-19;修回日期:2009-10-26基金项目:重点实验室基金资助项目(9140C260210070C26)作者简介:陈云飞(1978-),男,硕士,工程师,研究方向为水声工程。
GPS声纳定位实验
GPS 声纳定位实验一、实验目的1、利用时差法测量声速和距离2、了解声纳原理，用超声波定位目标二、实验仪器GPS 水下超声定位仪一套三、实验原理对一物体进行定位（假设在同一水平面上）需要两个坐标，以极坐标系为例，需要知道物体离参考点的距离r 和角度θ。
本实验装置中（如下图），可以通过超声波确定l ,结合角度Φ 就能对物体进行定位。
超声波直接测出的是l ，r 的实验测量值可以由下列公式计算：r '=同时，r 的真实值还可以由标尺直接读出，记为r 。
物体的角度实验测量值可以由下列公式计算：222''=arccos()2'P r l r Pθ+--同时，θ的真实值还可以由标尺直接读出，记为θ。
超声波速度由以下经验公式求出：v 4331.4=⨯,T 为水的温度而l vt =,P vt =,t 为超声波到达被测物的所花的时间。
四、实验内容与结果分析1) 定标，求传感器到圆柱体容器中心的长度P测得实验室温度，利用公式计算当下温度下声波在水中器中的传播速度。
用仪器中所带的铜块挂在圆柱体容器中心下的螺钉上，测量时间，计算长度P 。
测得水温T 24.5C =︒,求得计算得出v=1383.8m/s ，测得91,t s μ=计算得出P=12.59cm 。
2) 运动轨迹追踪确定被测物的运动轨迹、起点与终点坐标，将被测物每放一个位置测量一次时间和角度Φ。
再根据公式求得''r θ和。
a. 被测物作直线运动调整0Φ=，改变i r ，实验测得一组超声波到达被测物需要的时间i t ，而i i l vt =，由r '=i r '，结果如下：表1 直线运动测量结果编号 12345678i t (us) 123 129 136 142 149 156 162 170 i r (cm)4567891011i r '(cm)4.435.266.237.068.03 8.999.82 10.93 (r /)100%r ∆-10.70 -5.17 -3.78 -0.82 -0.32 0.06 1.75 0.62 r ∆(cm)-0.43-0.26-0.23-0.06-0.030.010.180.07绘出实验与理论所得的运动轨迹如下：图1 被测物进行直线运动的运动轨迹结果讨论从表1看出，测量值与实际值的绝对误差比较小，最大的误差也只有4mm ，从图1也可以看出运动轨迹的真实值与理论值比较吻合。
GPS定位技术在海洋测绘中的应用和限制
GPS定位技术在海洋测绘中的应用和限制导言在现代科技的驱动下，GPS定位技术已经广泛应用于各个领域，其中包括海洋测绘。
GPS定位技术通过卫星信号的接收和处理，能够精确确定地理位置，对于海洋测绘起到至关重要的作用。
然而，这一技术也存在一些应用和限制，本文将对其进行探讨。
一、GPS定位技术在海洋测绘中的应用1. 海洋船舶定位GPS定位技术使得海洋船舶能够实时监测和确定自身位置，从而更加精确地导航。
此外，通过GPS定位技术，船舶还可以追踪和记录航行路径，用于后续的海图绘制和海洋资源调查。
2. 海底地形测量海洋测绘中，对于海底地形的测量是非常重要的。
利用GPS定位技术，搭载高精度声纳设备的测量船只能够准确测量海底地形的高程和形状，并生成三维地图。
这为海洋石油开发、海底电缆敷设等提供了重要的参考。
3. 海洋气象观测GPS定位技术还可以应用于海洋气象观测。
通过海洋浮标等设备，定位信息可以帮助气象学家精确捕捉台风和风暴的路径，预测气象变化。
这对于船只调度、海上救援等工作至关重要。
4. 海洋生态研究GPS定位技术在海洋生态研究中也起到了重要作用。
科研人员可以搭载GPS 装置的动物追踪器，追踪海洋动物的迁徙路径和栖息地选择。
这不仅有助于了解生物多样性，还为保护海洋生态系统提供科学依据。
二、GPS定位技术在海洋测绘中的限制1. 信号遮挡GPS定位技术的一大限制是信号遮挡。
在海洋测绘中，船只常常会遇到浓雾、建筑物、岛屿等遮挡物，这会导致GPS信号的接收和解算出现偏差。
因此，在一些复杂地形区域或天气不佳的情况下，不能完全依赖GPS定位技术进行测绘。
2. 定位精度尽管GPS定位技术在陆地上有很高的精度，但在海洋测绘中，由于卫星信号在水下传播受到各种因素的干扰，定位精度存在一定的限制。
这对于一些需要高精度定位的海洋工程和测绘任务来说，可能带来一些不确定因素。
3. 漂移误差GPS定位技术在海洋测绘中还存在着漂移误差的问题。
由于海洋环境的复杂性和船只本身的航行动力，船只在定位过程中会出现位置的漂移。
基于声学和无线电通讯的海洋中继浮标技术
据 传送 ， 岸 基 发 射 指 令 对 水 下 系统 的远 程遥 控 ， 出 了海 上应 用 结 果 。 及 给
关 键词 ： 中继浮 标 ；水 下声 学通 讯 ；实 时获取
中 图 分 类 号 ： Ｔ ２ Ｎ９ ５ 文献标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ： １７ ６ ２—７４ （ ０ １ ０ ０ ７ ０ Ｄ ：０ ３０ ／．ｓ ． ６ ２— ６ ９ ２ １ ．５ ０ ８ ６ ９ ２ １ ） ５— ０ ８— ４ ＯＩ １ ．４ ４ ｊｉ ｎ １７ ７ ４ ． ０ １０ ． １ ｓ
的类 型 和增 益等 因素 决定 。 根据 路 径损耗 公 式 ：
ＬＯ ＝ ３ ． ＋２ １ ＋ ２ １ ｇ Ｓ ２４ ０ｏ ０ ｏ ｄ。 （） １
其 中 ： 为 传 播 损 耗 ， Ｂ ＬＯ Ｓ ｄ ｍ；ｄ为 距 离 ，ｍ； ｋ ｆ为 工 作
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中继 浮 标 选 择 日 精 Ｎ ８ ９ 数 传 电 台 ， Ｄ ８Ａ Ｎ ８９ Ｄ ８ Ａ数 传 电 台工 作频 率 范 围为 ２ ０～ ４ ｚ频 ２ ２ ０ ＭＨ ，
第 ５期
杨会 金 ， ： 于声 学和 无线 电通 讯 的海 洋 中继浮标 技 术 等 基
２ １ 无线 数 传模块 ．
・ ９・ ７
无线 数 传模块 实 现岸 基 与 中继 浮标 的双 向通 讯 。
无 线 通 信 性 能 由 发 射 机 的 射 频 输 出 功 率 、 收 机 接
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抗 风 浪 等级 水 声 通 讯
５级 ３ 水声
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麓 要
实 际上 ， 气及 海 面等 介 质 对 电磁 波 吸收 、 空 衰减
水声换能器与换能器阵技术研究
水声换能器与换能器阵技术研究水声换能器与换能器阵技术作为水下声波信号处理的关键技术，在海洋探测、水下通信、军事应用等领域具有广泛的应用价值。
本文将详细阐述水声换能器与换能器阵技术的研究现状、应用前景、技术原理及实验设计，以期为相关领域的研究提供参考与借鉴。
水声换能器与换能器阵技术研究涉及多个学科领域，包括声学、物理学、电子工程等。
目前，研究者们已经提出了多种水声换能器设计与实现的方法，如压电陶瓷换能器、磁致伸缩换能器、电致伸缩换能器等。
同时，为了提高声波信号的接收与发送效率，研究者们还研发了多种换能器阵列，如线性阵列、平面阵列、球面阵列等。
水声换能器与换能器阵技术的应用前景主要体现在以下几个方面：潜艇声呐系统：潜艇声呐系统是水下声波信号处理的重要应用之一，通过使用水声换能器和换能器阵技术，可提高潜艇的探测能力、定位精度和通信效率。
海洋探测：海洋探测是水声换能器与换能器阵技术的另一重要应用领域，如海底地形地貌探测、海洋资源开发等。
深海钻探：深海钻探过程中，水声换能器和换能器阵技术可用于传递控制信号和收集钻探数据，提高深海钻探的安全性和效率。
水声换能器与换能器阵技术的发展前景广阔，但仍面临诸多挑战。
未来研究方向可包括：高性能水声换能器的设计和制作，以提高声波信号的发送和接收效率。
低成本、大规模的换能器阵列制造技术的研究，以降低应用成本，促进普及化。
复杂水声环境下的信号处理算法研究，以提高水声信号的抗干扰能力和通信可靠性。
水声换能器与换能器阵列的优化配置与协同工作，以实现更高效的声波信号处理。
水声换能器与换能器阵技术的原理主要是基于声波的传播规律和换能器的物理特性。
声波作为一种机械波，传播时需要介质。
在水下环境中，声波主要通过水介质传播，其传播速度受到水温、盐度、压力等多种因素的影响。
水声换能器的主要功能是将电信号转换为声波信号进行传播，或者将声波信号转换为电信号进行接收。
其工作原理主要基于压电效应、磁致伸缩效应、电致伸缩效应等物理效应。
改善被动声呐测距精度的研究
改善被动声呐测距精度的研究摘要被动声呐技术在军事、航空、海洋等领域广泛应用，精度是其重要的衡量指标。
本文对被动声呐测距精度的影响因素进行了探究和分析，并针对这些影响制定了改进方案，使测距精度得到提升。
通过实验验证，改进方案确实能够提高被动声呐测距精度。
本文对实现改进的方法进行了详细的说明与阐述，为声呐测距精度改进提供了技术支持。
引言被动声呐技术是一种借助水中或空中的声波进行探测和目标定位的技术。
在军事、航空、海洋等领域中被广泛应用，如水下目标探测、反潜作战、鱼群探测等。
被动声呐测距精度是其重要的衡量指标，对于提高声呐技术的实战应用具有重要意义。
因此，研究被动声呐测距精度的影响因素并开展相关改进成为了当今声呐技术研究的热点之一。
本文旨在探究被动声呐测距精度的影响因素并制定改进方案，从而提高声呐测距精度。
影响因素分析声呐测距精度受到多个影响因素的制约，其中最主要的有以下几个方面。
声速不稳定因素水中温度、压力等因素引起声速不稳定，影响声波传播速度和方向，从而导致声呐测距误差增大。
噪声干扰因素在水下或空中环境中，存在着来自其他声源的干扰声，例如水下船舶、海洋动物、水下气体释放等。
这些声源的存在会影响声呐测距信号的接收和识别，从而影响测距精度。
接收器灵敏度因素声呐接收器的灵敏度与声音信号的强度成正比，当声音信号强度越小，接收器的灵敏度就越不足，影响声波信号的接收和识别。
改进方案为了解决以上影响因素，本文提出了以下改进方案。
方案一：声速测量通过声速测量装置动态监控水温、水压等因素，及时更新声速值，从而减少声波传播误差。
方案二：数字信号处理应用数字信号处理技术，去除干扰信号，提高信号噪比，增加接收器对弱信号的容忍度。
同时可以采用重叠相邻信号的方法进行信号整合，使信号更加准确。
方案三：传感器优化优化声呐传感器和接收器的设计，提高灵敏度和减小噪声，增加信号的稳定性。
为了降低噪声的干扰，可以采用阵列式声呐，使干扰声来源在不同方向的传感器上具有不同的相位响应，从而消除干扰信号。
常规船舶测绘中的船舶定位方法与技巧
常规船舶测绘中的船舶定位方法与技巧导语船舶定位在常规船舶测绘中起着至关重要的作用。
准确的船舶定位可以帮助航海员确保船只航行的安全性和准确性，同时也对地图制图和测绘工作具有重要意义。
本文将介绍一些在常规船舶测绘中使用的船舶定位方法和技巧，并探讨其应用和优缺点。
一、全球卫星导航系统（GNSS）全球卫星导航系统（GNSS）是目前最常用的船舶定位技术之一。
通过接收卫星信号，船舶可以确定其精确的经纬度位置。
GNSS系统提供了高度的精确性，并且可以在全球范围内使用，它是现代测绘和导航的重要工具。
然而，GNSS系统也存在一些局限性。
例如，天气条件和扰动可以影响接收卫星信号的质量。
在恶劣天气条件下，接收器可能会遇到信号丢失或干扰，从而影响到船舶的定位准确性。
此外，由于GNSS系统依赖于卫星信号，因此在高层建筑或密集的树林等地形复杂的区域，信号接收可能会受到阻碍。
二、无线电定位系统无线电定位系统是另一种常用的船舶定位技术。
该系统使用无线电信号作为定位手段，通过测量信号的到达时间差或信号强度来确定船舶的位置。
无线电定位系统具有较高的精确性和可靠性，并且可以适用于各种天气和地形条件。
然而，与GNSS系统相比，无线电定位系统的覆盖范围通常较小。
该系统通常需要安装在岸上或近岸的测量站点，并且船舶必须在一定范围内才能获得定位信号。
因此，无线电定位系统在远离岸边的航行中可能不太适用。
三、激光测距仪激光测距仪是一种在船舶测绘中常用的船舶定位工具。
该仪器使用激光束发送和接收反射信号，通过测量信号的行进时间和速度来计算船舶与目标之间的距离。
激光测距仪具有高度的精确性和准确性，并且可以在远距离下进行测量。
然而，激光测距仪在使用中也存在一些限制。
由于激光束是直线传播的，而不会弯曲，因此需要避免障碍物的干扰。
同样，激光测距仪也对天气条件敏感，在恶劣的天气情况下，如雨雪等，激光束的传播可能会受到影响。
四、声纳定位系统声纳定位系统是一种在水下测绘中广泛使用的船舶定位技术。
基于北斗卫星导航定位系统的argo海洋浮标设计
基于北斗卫星导航定位系统的Argo海洋浮标设计齐久成1，吴维1，李清1，张静1，高太长2，熊超超1(1.解放军63863部队,吉林白城 137001；2.解放军理工大学，江苏南京 211101)摘要：为了设计一种基于我国自主卫星导航定位系统的Argo浮标，提出了基于我国的北斗卫星导航定位系统的Argo浮标设计方案。
首先讲述了Argo浮标的基本原理、应用概况和现有北斗卫星导航定位系统的基本应用，初步提出了基于北斗卫星导航系统的Argo浮标设计方案；从通信方式、体制和定位、配重等方面对基于北斗的Argo浮标设计进行了可行性分析，研究了基于北斗卫星导航定位系统的Argo浮标通信方式和两种通信模式。
理论研究表明，基于北斗卫星导航定位系统的Argo浮标方案可行。
关键词：海洋调查与监测；Argo；北斗；浮标Argo是英文“Array for real-time geostrophic oceanography（地球海洋学实时观测阵）”的缩写。
布放在大洋中的Argo浮标可以自动采集0～2000 m的海水温度、盐度等资料，并通过Argo卫星传送回地面接收站[1][2]。
这些资料是研究海洋科学的基础，分析这些资料可以了解大尺度实时海洋变化，提高天气和海洋预报精度；可以有效防御全球日益严重的天气和飓风、风暴潮等海洋灾害给人类造成的危害，为航海、军事海洋学服务[3][4][5]。
目前运行的Argo浮标，通常采用GPS定位，利用Argos卫星系统进行通信传送水文资料，但是对于现有的Argo浮标和Argo卫星系统,我国并没有自主权在技术和手段上受制于人。
而北斗卫星导航定位系统属于我国自主的卫星系统,具有导航、通信和授时功能[6]，如果可以研究基于北斗系统的Argo浮标设计，不仅可以拓展了北斗卫星导航定位系统的应用，也为Argo浮标的设计提供了一种新的设计思路；在复杂的国际政治和军事形势下，也是维护国家主权和海洋安全的国家战略需求。
声纳技术海洋中的声音导航
声纳技术海洋中的声音导航声纳技术是一种利用声波进行探测和导航的技术。
在海洋中，由于光线的衰减和传播速度的变化，声纳技术成为海洋探测和导航的重要工具。
声纳技术通过发射声波脉冲，利用声波在不同介质中传播速度的差异，通过接收器接收返回的声波信号，来确定目标的距离、方位和速度等信息。
它在海洋资源开发、海洋科学研究、引导航海航行和海洋环境监测等方面起到重要作用。
一、声纳技术原理声纳技术的原理基于声音的传播和回波的接收。
在水中，声音的传播速度远远大于空气中的传播速度，因此声波是在水中传播的理想工具。
声纳系统通常由发射器、接收器和信号处理器组成。
1. 发射器：发射器是声纳系统中的一个关键部件，它负责产生并发射声波脉冲。
脉冲的频率和强度决定了探测的距离和精度。
2. 接收器：接收器接收发射出的声波脉冲的回波信号，并将其转化为电信号。
接收器能够对声波脉冲进行敏感和精确的接收。
3. 信号处理器：信号处理器对接收到的声波信号进行处理和分析，提取出所需的信息，如目标的距离、方位、速度等。
二、声纳技术在海洋探测和导航中的应用声纳技术在海洋探测和导航中有广泛的应用。
以下将介绍其中几个重要的应用领域。
1. 海洋资源开发：声纳技术在海洋石油、天然气等资源的勘探和开发中发挥着重要作用。
通过声纳技术，可以对海底地形进行高精度的测绘，识别和定位潜在的资源储量。
2. 海洋科学研究：声纳技术为海洋科学研究提供了强大的工具。
通过声纳技术，可以对海洋中的生物群落进行监测和研究，了解海洋生态系统的结构和功能。
3. 引导航海航行：声纳技术在航海领域中起到重要的导航作用。
声纳系统可以提供船只在海洋中的位置、深度以及障碍物的位置等信息，从而确保船只的安全航行。
4. 海洋环境监测：声纳技术用于监测海洋环境的变化和污染物的分布。
通过声纳技术，可以快速测量海洋水体的声速、温度、盐度等参数，为海洋环境保护提供准确的数据支持。
三、声纳技术的发展趋势随着科学技术的不断发展，声纳技术也在不断进步和完善。
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摘
要
介绍 Ｇ Ｓ 呐浮标定位系统 的组成及工作原 理 。相对 于传 统声呐 浮标 ， Ｓ声 呐浮标会使 浮标 电路功耗增 Ｐ 声 ＧＰ
大 。但受浮标结构 和体制所 限 ， 单枚浮标所携带 的能量有限 ， 为保证 浮标 的正常工作时间 ， 系统 中增加 了一个 电源管理模块
电路 来 控 制 浮 标 工 作 的启 动 时 间 以 减 少 不 必 要 的 电路 功 耗 。 关键词 声 呐 浮标 ； 标 定 位 ；Ｇ Ｓ 三 维 数 字 罗 盘 ； 功 耗 浮 Ｐ ； 低
了飞机 的机 动性 ， 且不 能 进行远 距 离定 位 。而 ＧＰ 是一 种 以卫 星 为基 础 的无 线 电导航 系统 Ｌ 。卫 星 导航 实 质 上 是 用 人 造 卫 星 ４ ］ 作为 导航 台 ， 向地球 方 向发射 关 于卫 星在 不 同 时 间
总第 １ ５ ９ 期 ２１ ０ ０年第 ９ 期
舰 船 电 子 工 程
Ｓ ｉ ｅ ｔｏ ｉ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｈ ｐ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ ｎ ｉ ｅ ｒ ｎ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ９ １３ ．
８３
ＧＰ Ｓ声 呐 浮 标 定 位 系统 研 究
黄盛 霖 刘 拮 丁 勇鹏
２４ ０ ） ６ ０ １ （ 军航空工程学 院 海 烟台
ＴＮ９９ ３ ２ ． 中图 分 类 号
Ｐｏ ｉｉ ｎｉ ｓ ｅ ｆ Ｇ ＰＳ Ｓ ｎ ｏ ｓ ｔ ｏ ｎｇ Ｓｙ ｔ ｍ ｏ ｏ ａｒ Ｂｕ ｙ
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系统 可 以全 天候 提供 高精 度 的三 维位 置 、 维 速度 三 和 时 间信息 Ｅ 。利 用 ＧＰ ３ ］ Ｓ系 统对 声 呐浮 标定 位 能
够 大大 缩短 载机 达到 指定 浮标 的时 间 ， 而 大 幅提 从
的精 确位 置 与时间 的信 息 ， 球表 面 附 近 的接 收机 地
１ 引 言
声 呐 浮标 因具 有 使 用 方便 、 潜 速 度 快 、 索 搜 搜
面 积大 、 效率 高 、 隐蔽性 强 等特 点 ， 为航 空 反潜 最 成
常 用 的方法 之 一 。利 用 声 呐 浮 标 进 行 水 下 目标 定
标 定位 系统 的组 成及 工作 原理 。 相 对 于传 统 的声 呐 浮标 ， Ｓ浮 标 的 Ｇ Ｓ接 ＧＰ Ｐ 收机及 天线 、 短基 线发 射与 接 收 电路 等设 备将 消 超
耗 浮标 很 大 的能量 。为 了保 证 ＧＰ Ｓ浮 标 的正 常 工
作 时 间 ， 文 提 出 了 ＧＰ 本 Ｓ浮标 电 路 低 功 耗 的 实 现
方案 。
位， 首先 需要 进 行 浮标 本 身 的 定 位 ， 标 相 对 于 飞 浮 机 位置 的精度 ， 直接 影 响系统 对 水 下 目标 的定 位 将 精 度 。传统 的 声 呐 浮 标 采 用 过 顶 检 测 法【 进 行 浮 １ ］ 标 定位 ， 它要 求 飞 机 从 浮 标 上 空 飞 过 ， 严 重 限制 这