2.2 水下定位方法
水下定位方法大致如下:地形与地貌匹配导航,重力匹配导航,地磁匹配导航,惯性导航和水下声学导航[15]。 其中前三种方法都称为海洋地球物理学导航。
海洋地球物理学导航是一种自主导航算法,通过使用海洋磁场,重力场,深度或海底地形的时空分布,获得地球物理学导航信号[16]。电子扫描声纳获得的持续不断的帧图用于海底环境重修,车辆状况和位置估量和自主导航。侧扫声纳图像可用于辅助位置导航AUV ;通过在瞬间深度和预先潜艇之间进行登记三维模型也可以做AUV的位置和导航。此外,重力场数据可用于改善惯性导航系统的累积误差,地磁匹配技术也应用于AUV导航。海洋地球物理导航方法通常适用于ROV等自供电的水下航行器导航,但不支持自力式的牵引系统不能使用[17]。
由于声波可以在海水中传递近千公里,毫无显而易见的接受丧失,声学定位系统已经成为牵引车辆的主流定位和导航技术。它比海洋地球物理学导航技术更成熟。声学定位系统的国外研究已经有30多年了,挪威Kongsberg Simrad是研究它的最早的公司之一,已经有一系列产品投入使用。该公司推出了高精度远程USBL(超短基准)定位系统 - 1997年HiPAP350,其工作范围可达3000m,距离丈量精度优于20cm[18]。 HiPAP500后续发射的水下工作深度和距离测量准度高达4000m,优于20cm。现在,两台仪器分别升级为HiPAP352和HiPAP501。最近推出的HiPAP101的操作范围和距离测量精度,也是海上工作深度达到万米的唯一长距离USBL定位系统,已达到10000m和50cm。 HiPAP100来自该公司,上一代HiPAP101,是在中国“海洋刘浩”调查船上进行的。此外,法国Posidonia6000远程水下工作深度和最大有效距离USBL定位系统达6000m和8000m,深度6000m,开角范围30度,范围精度达到0.5%。该系统登上中国“大阳”。
易昊“调查船”,在海上考察任务中施展了重要作用。此外,英国Sonardyne,澳大利亚Nautronix和美国ORE aslo等其他公司都有自己的声学定位系统产品[19]。国内相关部门在声学定位系统开发方面也做了大量工作,如中国科学院声学研究所,厦门大学,第6971工厂,国家海洋技术中心,东南大学,哈尔滨工程大学等。在声学定位技术领域进行了广泛的研究。
声学导航系统由诸如接收器或应答器之类的许多元件组成,元件之间的连接被称为基线。根据基线长度,有长基线(LBL)定位系统,短基线(SBL)定位系统和超/超短基线(SSBL / USBL)定位系统[20]。具体分类如表2-1所示。
表2-1 声学定位系统的分类
系统 基线长度
LBL 100-6000m
SBL 20-50m
SSBL / USBL <10cm
这三种定位系统在实际操作中都有自己的优缺点。 LBL和SBL具有较高的定位精度和较大的工作范围,但复杂且难以校准[21]。 USBL成本低,易于操作。无论如何,声音定位是国民经济和国防建设的基础技术,具有广泛的应用。
由于海洋环境的复杂性和随机性,单一定位导航系统不能满足海洋导航的要求。因此,组合导航系统诞生了。结合单一定位和导航系统的优点,提高系统导航精度,扩大声学定位系统的应用范围。目前的应用主要是L / USBL,L / SBL,S / USBL,L / SBL / USBL等三种声学定位和导航系统的不同组合[22]。
例如,L / USBL系统有机地结合了长基线定位系统和超短基线定位系统,独立于工作水深保护系统定位精度,并且具有易于操作的超短基线定位系统的特点。组合系统可实现连续高精度导航,操作范围进一步提高。 Simrad的HPR418系统和RS916系统属于这样的系统。 CMHI-163半潜式起重生活平台拖带系统设计FEMAP仿真+CAD图纸(5):http://www.youerw.com/jixie/lunwen_203516.html