關于水下傳感器短基線定位系統(tǒng)的總體設計

柳佳

摘要：在水下傳感器定位裝置的研究中，一般的水下定位系統(tǒng)在傳感器的選擇上都是基于聲吶設備，水下聲吶的定位系統(tǒng)，依據(jù)其不同的基陣可以大致分為長基線、超短基線以及短基線水下定位系統(tǒng)，上述三種定位系統(tǒng)，所采用的聲吶傳感器布陣方式和采用的定位算法都不相同，本文主要介紹其中的短基線定位系統(tǒng)的設計。

關鍵詞：水下短基線定位系統(tǒng)；總體設計；水下傳感器

1.引言

水下短基線定位系統(tǒng)一般采用主動應答的方式工作，通過水上聲吶基陣發(fā)射特有形式的聲信號，水下定位設備上裝有應答器設備，當應答器監(jiān)測水上基陣的詢問信號后，就會主動發(fā)出一個應答的特定形式的信號，水上基陣收到應答信號后，通過拷貝相關的算法測出時間延遲，從而得到距離信息，之后通過球面交匯的幾何關系解算出被定位設備的位置，并顯示于實時顯控設備上，因此，水下短基線定位系統(tǒng)的構成包括水上信息處理平臺、聲吶基陣、水下應答器、顯控平臺。

2.聲吶基陣

水下聲吶傳感器是將電聲能量互相轉換的裝置，在發(fā)射狀態(tài)時是由電磁振蕩能轉換為機械能，當接收時由受到水中聲壓而產生振動，換能器再把機械振動轉化為電磁振蕩能。換能器是由一個電儲能元件和一個機械振動系統(tǒng)組成。水下定位系統(tǒng)基本上采用的都是聲吶基陣，它是水下定位系統(tǒng)的基礎傳感器設備，本文研究的水下短基線定位系統(tǒng)所采用的聲吶基陣，其主要功能是接收發(fā)射聲信號，并固定了聲吶布陣時的幾何模型，基陣的是短基線水下定位系統(tǒng)進行目標位置解算的已知量，它主要由基陣固定框架、安裝結構、聲吶傳感器、連接線纜、水下安裝結構等部分組成，短基線定位系統(tǒng)的聲吶基陣其一般的構型如圖1所示。

3.水上信息處理平臺

短基線定位系統(tǒng)中的水上信息處理平臺，是系統(tǒng)的重要組成部分，其承擔了大部分的信息處理和定位解算計算的工作，短基線定位系統(tǒng)通過水上信心處理平臺編碼形成一段固定形式的發(fā)射信號，通過聲吶基陣發(fā)射出去以后，又收回聲吶基陣監(jiān)測到的信號，通過信號處理算法，拷貝相關算法等一系列的運算，得到目標位置信息，可以看出在定位系統(tǒng)中，水上處理平臺是整個系統(tǒng)的核心計算部分，其基本的組成結構如圖2所示。

4.應答器

短基線定位系統(tǒng)中的應答器部分，是安裝在水下被定位設備上的關鍵單元，其運動隨著被定位設備而跟隨運動，它是反應被定位設備的位置信息的關鍵，其主要的功能就是收發(fā)信息，其接收來自水上基陣發(fā)射的信號，精確解算出接收信號的時刻，然后通過應答器內部的固定時延信息，發(fā)射應答信號，其具體的組成如圖3所示。

5.顯控平臺

顯控平臺也是短基線定位系統(tǒng)的重要組成部分之一，其主要的作用是接收來自于水上信息處理平臺的解算完成的信息數(shù)據(jù)，將目標的位置實時的繪制于顯示界面上，同時 還可以通過指令信息控制系統(tǒng)的參數(shù)改變等功能，其具體的功能構成框架如圖4所示。

小結

本文主要介紹了水下短基線定位系統(tǒng)的構成，包括聲吶基陣、水上信息處理平臺、水下應答器設備、顯控平臺這幾部分，其中聲吶基陣是系統(tǒng)的傳感器設備，是收發(fā)信號的基礎；水上信息處理平臺是定位系統(tǒng)的核心計算大腦，其完成一系列信號處理和位置解算的工作；應答器是定位的移動點，也是整個定位系統(tǒng)的核心，其完成信號收發(fā)工作；顯控平臺是短基線定位系統(tǒng)的顯示和控制的人機交互界面，上述的各部分都是獨立的一個子系統(tǒng)級設備，因此對于水下短基線定位系統(tǒng)來說，其實是一個較為復雜的設備，下一章重點介紹，應答器設備部分的硬件構成和軟件框架。

參考文獻：

[1]田坦.聲吶技術[M]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學出版社， 2009.

[2]付江楠.短基線定位系統(tǒng)中通用寬帶應答器的設計與實現(xiàn)[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學， 2009，（6）