水声通信及组网的现状和展望

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。同时,水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣,对通信算法和设备可靠性有较高要求,水声通信及组网成为目前的研究热点。文中面向海洋环境监测领域,从水声通信物理层技术、网络技术及组网应用等方面进行介绍,并对未来技术趋势进行展望。     

主动声纳探测效能评估的HMG法

海洋水声环境时空变化显著,评估其对主动声纳探测效能的影响具有重要的理论意义和应用价值。提出HMG方法用以评估水声环境效应对主动声纳探测的影响。采用UMPE(The university of miami parabolic equation)、CANARY、JACKSON模型模拟特定海洋环境下的传播损失、环境噪声、混响分布,将模拟结果融入主动声纳检测概率模型,计算检测概率。评估结果发现近场检测概率较高,远场可检测的区域与声能汇聚区一致。     

MicrOBEM:小型海底电磁接收机

海底电磁接收机主要用于海底大地电磁与可控源电磁信号高精度观测。针对现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)体积大、功耗大、成本高等不足,开展了小型化、低功耗、低成本方面的技术研究。MicrOBEM小型海底电磁接收机开发了新的低功耗控制单元、低功耗前置放大器,配置了低功耗磁通门传感器,采取先进的电源管理技术,使得整机功耗由现有海底电磁接收机(OBEM-Ⅲ型)的1 600 mW下降至500 mW(搭载感应式磁传感器配置)以内。针对传统的声学释放器昂贵、笨重(需要匹配更多的浮力材料)等问题,通过集成水声通讯模块,并增加外置的电腐蚀释放装置方式实现释放回收,MicrOBEM仅需一个直径为17 in(1 in=2.54 cm)的玻璃浮球作为浮体,大幅降低仪器的体积和硬件成本,提升了设备的集成度和作业效率。MicrOBEM的体积(不含测量臂等)相比OBEM-Ⅲ减少3/4,功耗减少2/3,成本降低1/2,并于2021年3月在南海南部开展了深水大地电磁试验,其大地电磁测量功能得到初步验证,具有小体积、低功耗、低成本的优势。     

基于载波相位差分的北斗/GPS双模定位系统研究

基于载波相位差分技术的北斗/GPS双模定位系统,提出能够精确定位用户位置的完整相对定位算法。文中详细分析卫星导航的定位监测机理,开发北斗/GPS数据融合的双模式信号采集系统。利用星站在历元间的距离增量为参考值来检测周跳,给出判断周跳的标准。对整周模糊度确定的问题进行研究,给出利用LAMBDA法来快速搜索整周模糊度的算法,编写监测点三维位置的定位监测程序。基于上海司南接收机北斗/GPS相对定位实验得到的数据,验证给出双模导航系统的精确性、可用性和可靠性。     

北斗卫星导航系统与测绘学科发展

<正>北斗导航开启了中国自主卫星导航事业,拓展了卫星导航的深度应用。北斗卫星导航系统以其导航、定位、授时及短文通信于一体,成为国际上别具特色的卫星导航系统,也成为中国测绘与导航发展的助推器。     

远距离运动车辆快速跟踪与定位系统设计

为快速跟踪及定位远距离的运动车辆,本文设计了利用单目相机与激光望远测距仪的定位系统。此定位系统装备单目相机、望远测距仪与角度传感器,采用LK光流算法实时跟踪既定目标,构建了相机、测距仪、目标的坐标方程式模型,可实时解算100~300 m外运动目标的位置。该定位系统无需在被测运动车辆上安装任何设施,即可对合作或非合作目标实现跟踪定位。本文以汽车作为运动目标,使用高精度的CORS系统进行精度验证,该系统实时跟踪定位的精度可保持在亚米级。     

深水半潜式钻井平台DP3动力定位系统设计和应用

海洋石油气开采向着更深的水域和更恶劣的环境进军,随着水深的增加,传统的锚泊定位系统因锚链重量的增加和平台甲板可变载荷的减少已不能满足深水海洋石油气勘探开采装置的定位要求,代之以数字计算机控制技术的动力定位系统(DP3)。其通过不断地检测平台实际位置与目标位置的偏差,产生控制指令并通过控制系统分配到对应的推进器上,使平台保持在设定的位置上或沿设定的轨迹运动。针对某3 000 m深水半潜式钻井平台项目,对DP3动力定位系统的设计和应用进行了介绍,并对平台的动力定位系统和辅助系统进行了FMEA分析。     

北斗系统锋芒初露

当前全球有四大卫星定位系统,分别是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲在建的Galileo系统和中国的北斗系统。我国从2000年开始,陆续发射了四颗“北斗一号”试验导航卫星,组成了我国第一个卫星导航定位系统。2007年4月14日,我国成功发射了第一颗“北斗二号”导航卫星,这标志着北斗系统由一代开始向二代过渡。     

水声环境仿真及其可视化技术研究

针对水声环境对舰艇声纳探测效能的显著影响以及主要海域海洋环境特点,建立了浅海和深海水声环境仿真模型,实现了对海区水声环境的快速、准确预报。提出了基于3维声场纹理预积分的水声环境体可视化方法,实现了对水下声场的直观表达与多维分析,从而为水声环境的认知、教学训练以及决策支持提供了有效手段。