水下定位与导航简述.ppt

水下定位与导航概述,航空航天学院 刘星 201522190310,1 水下定位与导航发展概况 2 水下定位与导航技术的简介 3 声呐方程基础 4 水下定位与导航技术在海洋资源开发中的应用实例,1 水下定位与导航发展概况,1912年铁达尼事件 20世纪70年代，还有勘探及军事需求 获取水下信息最有效的转播载体是声波 其他水面舰船的导航手段除了惯性导航外均很难用于水下载体的导航定位。并且惯性导航容易导致误差积累精度难以满足需求。,2 水下定位与导航技术的简介,水下定位与导航技术大体分为三类：水下定位技术、载体声学测速技术和海底地形地貌测量技术 水下定位系统主要是指可用于局部区域精确定位与导航的系统。水下定位系统又分为：长基线、短基线与超短基线系统。 水下定位系统都有多个基元（接收器或应答器），这些基元间的连线称为基线,海底应答器的位置分别为：,注意：与定位不同，仅需个海底应答器即可！,三种系统的优缺点： （1）超短基线定位系统 优点：整个系统构成简单、操作方便不需要组建水下基线阵、测距精度高。 缺点：需要做大量的校准工作，其定位精度随着水深和工作距离的增加而降低。定位精度比其他两种系统差。 （2）短基线定位系统 优点：构成简单、便于操作、不需要组建水下基线阵、换能器体积小安装简单。 缺点：水听器可能会安装在高噪声区，降低性能；定位精度与水深和工作距离关系极大 （3）长基线定位系统 优点：定位精度高，且定位精度与水深无关，换能器小，易于安装。 缺点：系统复杂、操作繁琐、需要安装数量巨大的声基阵、费用昂贵；需要长时间布设和回收海底声基阵，深水使用时，数据更新率低。,3 声呐方程基础,什么是声呐？ Sonar：Sound(声) +Navigation(导航) +Ranging(定位) 利用水下声波判断海洋中物体的存在，位置及类型的方法和设备。 是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置. 仿生学来源：海豚追踪猎物,按工作原理或工作方式分类： 主动声纳 像雷达一样向外发射声信号，根据回波判断目标性质 被动声纳 不主动发射信号，只接收目标自己辐射的声音信号。 按运载体系分类： 岸基声纳 多布放在港口、军事基地、重要海上通道。 特点：固定式、尺寸大 舰载声纳 主、被动声纳都有。 作用：探潜、导航、探雷、目标识别等 艇载声纳 主、被动声纳都有，考虑到隐蔽性，多采用被动声纳,SL反映发射器辐射声功率大小 TL：传播损失，定量描述声波传播一定距离后强度的衰减变化 TS：目标强度，定量描述目标反射本领的大小 NL：海洋环境噪声（背景干扰） DI：指向性指数。越大表示声能在声轴方向集中的程度越高； DT：检测阈值。设备刚好正常工作的所需的处理器输入端的信噪比值,1、声纳方程 主动声纳方程： 被动声纳方程：,主动声呐还存在混响： 混响是入射信号产生的散射波在接收点叠加的结果。,各种噪声干扰需要滤波技术进行处理,动态定位和井口重入技术,深海钻探： 钻探船停在4-5km以上的海面，把钻杆插到海底，然后再向下钻探。如果船一移动，长达几千米的钻杆一下就会扭断，这就需要建立动态定位系统。 风暴袭来，或发生其他意外情况，只好起钻开航。随后需要利用声纳重入井口，并引导钻杆穿过急流落到安置在进口的“漏斗”内，进入原来的井口。,4水下定位、导航技术在海洋资源开发中的应用实例,具体做法： 在海底放一个水声应答器作为基准点，同时在船上布放三个水听器进行应答测距。在下钻作业时船上向基准点应答器发出脉冲，应答器收到信号之后发出回答脉冲，这回答脉冲被船上的三个测距水听器收到，这时可以测出三个水听器与基准应答器的距离。当外界条件使船位移时，水声应答器测距系统随即测出这三个距离的变化。将这些数据送入计算机，计算出船位的水平移动量，