船载式水声跟踪系统定位原理和误差研究

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1、船载式水声跟踪系统定位原理和误差研究　　摘要：阐述了水下定位系统的研究意义和基本分类，介绍了船载式水声跟踪系统的定位原理、实现方法，以及优点和不足之处，给出定位计算及姿态修正公式。针对声速、基阵孔径、时延值和姿态角等参数对系统产生的误差，进行理论公式推导和分析，最后给出系统误差公式。结合误差公式和随机误差理论，分析了跟踪系统的定位误差来源，并给出减小误差的基本方法。关键词：水声跟踪系统；船载式；定位原理；误差分析中图分类号：TN911.7?34；TB568文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）23?0070?04

2、PositioningprincipleanderroranalysisofshipborneunderwateracoustictrackingsystemZHANGQing?guo，WANGJian?pei（KunmingShipborneEquipmentResearch&TestCenter，Kunming650051，China）Abstract：Thebasicclassificationandthestudysignificanceofunderwaterpositioningsystemaredescribed.

3、Thepositioningprinciples，implementationmethod，advantagesandshortcomingsof12shipborneunderwateracoustictrackingsystemareintroduced.Theposturecorrectionandpositioncalculationformulasaregiveninthispaper.Thesystemerrorcausedbysoundspeed，arrayaperture，delayvalue，attitudea

4、ngleandotherparametersisanalyzedandderivedwiththeoreticalformulas，bywhichthesystemerrorformulaisachieved.Incombinationwiththeerrorformulaandrandomerrortheory，thepositionerrorsourceoftrackingsystemisanalyzed，andthebasicmethodtoreducetheerrorisoffered.Keywords：underwat

5、eracoustictrackingsystem；shipborne；positioningprinciple；erroranalysis0引言水声跟踪系统主要是指利用声波信号，在水下局部区域进行定位导航的系统[1]。声学定位技术，在海防军事应用中具有重要的实用价值。不仅可以完成水下目标的连续跟踪和精确定位，考核其战技指标实现情况和技术设计的合理性，还可在大面积范围内对来袭的敌方目标进行远距离探测和预警。尤其是近年来，随着海洋探测、海洋工程等技术的不断发展，声学定位技术的应用和发展也越来越广泛。1水声定位系统简介12水声跟踪系统

6、按照接收基阵中基线的长度（又称基阵孔径[2]）来划分，分为超短基线系统（USBL或SSBL）、短基线系统（SBL）和长基线系统（LBL）。长基线因其基线较长（100～6000m）[1?3]，定位精度高，但其布放、回收和校准等过程较长，而且作业工程较为复杂。超短基线系统基线最短（一般为几厘米到几十厘米），定位精度最差，且需布放应答器，但安装方便，甚至可直接安装在水下目标上。短基线系统介于两者之间，基线长度一般为1～50m之间，基阵一旦固定安装完成，便可进行定位导航作业，无需布放应答器。水声跟踪系统的分类还可按照工作方式来划分，分为

7、同步信标工作方式和应答器工作方式。采用同步信标方式，需要在测量系统上安装高精度同步钟，水下目标按系统规定的时刻发射信号，系统据此确定目标位置。采用应答器工作方式，要求测量系统发射询问信号，应答器接收到此信号后回复应答信号，利用之间应答的往返水声信号进行时延值估计，从而完成一次定位过程。实际上上述系统不仅可以单独使用，还可以进行有机的组合，构成组合系统。如Honeywell公司研发的RS906短/长基线组合定位系统[4]，既可以工作在短基线方式，也可工作在长基线方式下。2船载式水声跟踪系统12船载式水声跟踪系统属于短基线系统，水下

8、基阵可吊放[1]在水中也可固定安装在舰船的底部，其测量原理基本相同。吊放式水下基阵对舰船结构影响较小，但受水流或水中浪涌的影响，其基阵姿态甚至机械结构会产生变化，导致测量精度降低。另外，在舰船（测量母船）高速航行时，吊放式水下基阵不能稳定在水中，甚至会漂在水面上