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(shè)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(shè)計。

關(guān)鍵詞：水下短基線定位系統(tǒng)；總體設(shè)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(yīng)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(shè)備上裝有應(yīng)答器設(shè)備，當(dāng)應(yīng)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(yīng)答的特定形式的信號，水上基陣收到應(yīng)答信號后，通過拷貝相關(guān)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(guān)系解算出被定位設(shè)備的位置，并顯示于實(shí)時顯控設(shè)備上，因此，水下短基線定位系統(tǒng)的構(gòu)成包括水上信息處理平臺、聲吶基陣、水下應(yīng)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(zhuǎn)換的裝置，在發(fā)射狀態(tài)時是由電磁振蕩能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，當(dāng)接收時由受到水中聲壓而產(chǎn)生振動，換能器再把機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為電磁振蕩能。換能器是由一個電儲能元件和一個機(jī)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(chǔ)傳感器設(shè)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(jìn)行目標(biāo)位置解算的已知量，它主要由基陣固定框架、安裝結(jié)構(gòu)、聲吶傳感器、連接線纜、水下安裝結(jié)構(gòu)等部分組成，短基線定位系統(tǒng)的聲吶基陣其一般的構(gòu)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(dān)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(guān)算法等一系列的運(yùn)算，得到目標(biāo)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(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.應(yīng)答器

短基線定位系統(tǒng)中的應(yīng)答器部分，是安裝在水下被定位設(shè)備上的關(guān)鍵單元，其運(yùn)動隨著被定位設(shè)備而跟隨運(yùn)動，它是反應(yīng)被定位設(shè)備的位置信息的關(guān)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(yīng)答器內(nèi)部的固定時延信息，發(fā)射應(yīng)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(biāo)的位置實(shí)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(gòu)成框架如圖4所示。

小結(jié)

本文主要介紹了水下短基線定位系統(tǒng)的構(gòu)成，包括聲吶基陣、水上信息處理平臺、水下應(yīng)答器設(shè)備、顯控平臺這幾部分，其中聲吶基陣是系統(tǒng)的傳感器設(shè)備，是收發(fā)信號的基礎(chǔ)；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(yīng)答器是定位的移動點(diǎn)，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(jī)交互界面，上述的各部分都是獨(dú)立的一個子系統(tǒng)級設(shè)備，因此對于水下短基線定位系統(tǒng)來說，其實(shí)是一個較為復(fù)雜的設(shè)備，下一章重點(diǎn)介紹，應(yīng)答器設(shè)備部分的硬件構(gòu)成和軟件框架。

參考文獻(xiàn)：

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