船用拖曳体水声跟踪定位系统

本文介绍利用声学超短基线定位原理设计的一种船用拖曳体水声跟踪定位系统。本系统可以在舰船航速为７～１２ｋｎ的情况下对水下拖曳体进行跟踪定位，其定位精确度优于±０．８°。本文简述了它的基本性能、工作原理、关键技术及试验结果。     

基于航位推算/水声定位系统的水下拖体组合导航方法

针对航位推算系统位置误差发散、水声定位系统输出信息波动大的特点,利用基于航位推算/水声定位系统的组合导航方法进行深拖系统导航定位。先利用多普勒速度仪和罗经的输出数据进行航位推算得到拖体位置,然后将此位置与水声定位系统输出的位置进行数据融合,得到连续、平滑的高精度深拖系统导航数据,实现水下拖体的高精度定位。应用此方法对海试实验数据进行了处理,实验结果表明:采用组合方法后,既限制了位置误差的发散,又减小了数据波动幅度,可以得到平滑的高精度位置。     

水声定位技术的应用

1前言目前在水下进行定位和导航最常用的方法就是声学方法。由水下声发射器及接收器相互作用,可以构成声学定位系统。按接收基阵或应答器阵的基线长度,可分为长基线、短基线和超短基线三种声学定位系统。根据不同的定位要求,可以利用不同的定位系统。声学定位技术是对已知目标在一个特定的时间和空间中进行定位的技术。随着电子计算机微处理技术的发展和应用,它可以实时、快速、连续自动地显示出所需要的位置信息。声学定位系统与其它导航系     

基于DSP的纳机电矢量水听器定向系统设计

利用单个矢量水听器实现水下声目标方位估计,较传统标量水听器估计方法简单且容易实现.纳机电矢量水听器具有灵敏度高、低频特性好、尺度小等优良特性.基于这种新型矢量水听器,采用DSPTMS320F2812处理器实现对水下声目标方位的实时估计和显示.给出了定向系统总体和各个模块设计原理,完成了相应的硬件电路与软件实现.试验结果表明:系统能稳定地对传感器的输出信号进行采集和角度计算,并能实时显示水下声目标的方位角度.角度误差小于2°.     

超短基线定位系统中时间和相位测量的误差分析

本文讨论了在声学应答测距和相位测量中,时间和相位测量的随机误差与信噪比之间的关系,给出了时间测量的均方根误差:σ_t=2/(πB)[(A~2)/N]~(-1/2),以及在各向同性的限带白噪声场中鉴相信号的均方根误差为:σ_(?)=[(BNo)/(A~2)]~(1/2)。     

基于单矢量水听器四种方位估计方法

单矢量水听器能同时拾取声场的声压和振速信息,可以估计目标方位。根据不同的噪声背景和信号形式,单矢量水听器有多种方位估计方法。平均声强器的处理方法能很好地抗各向同性的非相干干扰;线谱方位估计能有效检测辐射线谱信号的目标,并进行目标方位估计。当宽带信号中存在线谱相干干扰,以及线谱信号被宽带相干噪声干扰时,上述两种方法不能检测目标。为解决这个问题,新提出了直方图和加权直方图两种方法,直方图方位估计法能抗强线谱相干干扰,并能区分含线谱的多目标;加权直方图方位估计法能从宽带相干干扰中检测目标,估计目标方位。并着重介绍了后两种方法的原理,对四种方法进行了计算机仿真,并用海试结果验证了上述结论。     

船载式远程高精度水声定位系统

本文比较了各种水声定位跟踪系统的特点，由此可明显看出长基线模式的船载式水声定位跟踪系统将兼有使用方便、适用性强、定位精度高、作用距离远的优点，仔细分析了要实现这类系统的关键技术难题，介绍了我国自行研制的一个船载式远程高精度水声定位系统的组成和工作原理，该系统还率先突破了主动式水声定位系统中非模糊距离Ｒｍａｘ＝ＣＴ的原理性限制，使系统可进行远程，高数据率跟踪定位     

水下声学定位系统及其应用

分析了短基线、长基线和组合水声定位系统的特点，并就国内外声学定位系统的技术发展，对水声定位系统的分类及其原理、定位精度、发展现状与应用等方面进行了讨论。     

基于纳机电矢量水听器的水下目标估计

纳机电矢量水听器是一种新型的声音传感器,根据鱼类侧线听觉仿生学原理设计.文中对这种传感器的定向功能进行了研究,综合国内外各种文献中的几种单矢量水听器定向算法,选取了波束形成法应用于纳机电矢量水听器.并对水听器的测向功能进行了室外水库测试,实验结果表明:在室外水库较复杂的环境中,纳机电矢量水听器能够实现声目标定位,为下一步的海洋真实环境测试打下基础.     

基于长基线系统深海采矿ROV精确定位

对于深海采矿集矿机ROV的定位,采用传统的长基线水声定位系统通常存在较大误差。对此提出了一种新的算法模型,首先通过比较集矿机测量位置与前一次修正位置的几何关系,对当前集矿机的位置进行修正,然后利用新的集矿机位置修正声速的数值,并得出重新修正后的集矿机测量位置。这样反复的多重迭代使得在某一时刻集矿机ROV的测量位置逐步趋近其理想位置,实现长基线系统的水声精确的三维立体定位。通过数值仿真分析,结果显示与传统的长基线水声定位方法相比,通过该方法获得的集矿机行驶轨迹能更好地趋近其理想行驶曲线,表明该算法的有效性。     

一个水声扩频通信系统设计与实现

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因。低功耗、远距离、高隐蔽性、低信噪比检测、高可靠性的数据传输是水声通信的一个发展方向。设计并实现了一个水声扩频通信系统,有效地解决了以上问题,并采用快速相关算法,代替传统的矢量与矩阵相乘运算,极大地减少了程序的运行量,从而实时地处理接收信号。通过湖试和海试,验证了此通信系统的优良性能。     

基于北斗定位导航系统的水下监测平台出水报警定位信标机设计与实现

由于海洋内部环境复杂多变,加之渔业捕捞作业范围和深度的逐步扩大,对水下监测平台的安全构成了极大威胁。而且,在水下平台的海上回收作业过程中,恶劣海况、海雾、海面光反射等不利因素无不给回收过程造成很大麻烦,一旦平台浮出海面后漂出视距范围,将面临丢失风险。文中借助北斗定位导航系统,结合压力检测电路,设计并实现了一种可用于水下平台意外出水报警、出水后实时定位的卫星定位信标机系统,经多次应用,证明性能稳定可靠。     

半潜平台锚泊辅助动力定位时域模拟研究

随着海洋油气资源开发逐渐走向深海,浮式结构物的定位能力越来越受到人们的重视。锚的泊辅助动力定位系统是将锚泊定位和动力定位相结合的一种新型海上定位系统。它具有安全性高、定位能力强、消耗功率小的特点。本文以某深水半潜式钻井平台为例,通过建立锚泊辅助动力定位时域模拟程序,分析平台在工作海况下的定位精度和功率消耗,并与相应海况下的动力定位进行比较。分析结果表明,该时域模拟程序能较为准确的地反映实际平台的定位情况。与动力定位相比,锚泊辅助动力定位能够取得更好的定位精度和较小的功率消耗,是更理想的定位方式。     

时变水声信道中基于BEM的迭代信道估计技术

水声信道的多径时延扩展和时变特性对信道估计和均衡技术的研究带来了很大的挑战,同时也决定了水声信道是一种时频双扩展信道,提出一种水声OFDM通信系统中基于软信息的迭代信道估计技术,利用基于复指数基扩展模型(CE-BEM)进行信道估计。OFDM系统本身可以消除由于多径引起的符号间干扰(ISI)。基于导频的BEM信道估计,可以实现对时变信道的估计,结合基于软信息迭代的迭代均衡模块,将每次迭代生成的符号软判决信息作为辅助导频用于信道估计。同时,为了防止由于信道时变引起的信道子载波间干扰(ICI)对导频符号的影响,采用基于保护间隔的导频插入法插入导频。仿真结果显示基于BEM的软信息迭代信道估计性能较非迭代信道估计时明显提升。     

基于人工神经网络的半潜平台动力定位系统推力分配策略研究

针对带有禁止角的半潜平台动力定位系统推力分配算法功率较大的问题,提出了一种基于人工神经网络拟合桨—桨干扰推力损失函数的序列二次规划推力分配算法。该方法考虑了半潜平台桨—桨干扰造成的推力损失,引入推力系数来表达推力损失。利用人工神经网络拟合推力系数,将推力损失加入到推力分配的数学模型中,取消了禁止角。采用序列二次规划求解推力分配数学模型。最后以某半潜式钻井平台为例,选取三种浪向角工况进行推力分配仿真模拟,结果显示该算法在高效分配定位所需推力的同时有效减小了功率消耗,应用前景广泛。     

动力定位系统与单波束测深仪在科考船定点作业中的应用

科考船定点作业时会受到海洋风、涌、浪、流等外界环境因素影响，导致工作效率降低，原位测量精度下降，甚至影响作业安全。动力定位系统 （DP） 具有自动定位功能，能够抵抗外界环境因素的影响，可实现科考船高精度定点控位。 单波束测深仪不仅可以测量水深，也可反映水下设备深度信息，可以起到辅助监控水下设备功能。本文在介绍定点作业施工现状与局限性的基础上，分析 DP 系统与单波束测深仪工作原理，以“向阳红 01”船为载体，在定点作业时开启 DP 系统与单波束测深仪，发现该方法可以提高科考船定点作业工作效率、原位测量精度并保障作业安全，可为其他科考船定点作业提供参考。     

海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

基于声学深拖调查的海山微地形地貌研究——以马尔库斯-威克海岭一带的海山为例

利用"大洋一号"科学考察船DY115-21航次第1航段采集于西太平洋马尔库斯-威克海岭一带海山的声学深拖数据资料,借助GeoDas和PDS 2000等软件,对获取的侧扫声呐、浅剖以及多波束数据资料进行了后处理,获得了该海区高分辨率的地形地貌特征,并结合深海摄像资料,探讨了其海底特征地貌的成因.结果表明:根据水深及其所处...