水下综合声学定位技术简介：五种定位模式

2018-5-28 16:25| 发布者: weixin| 查看: 890| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 水下声学定位技术经过数十年的发展已成为各种应用和领域解决水下定位和跟踪最主要和最可靠的技术手段

　　水下声学定位技术经过数十年的发展已成为各种应用和领域解决水下定位和跟踪最主要和最可靠的技术手段，从定位模式方面可分为USBL(超短基线)定位、SBL(短基线)定位、LBL(长基线)定位三种基本定位模式，和为满足某些特殊定位要求的组合定位模式：LUBL(长超短基线)定位、SLUSBL(长短超短基线)定位等。以上定位模式简单介绍如下：

　　USBL(超短基线)定位技术
　　超短基线定位技术由于其系统组成简单、安装简易等特点成为应用最为广泛的水下声学定位手段，该技术主要应用与水下拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、水下潜员跟踪定位等等。顾名思义，该系统的测量极限非常之短，只有几十公分，且组合于单个声学换能器阵列，便于水面船安装和使用。参考下图：

　　USBL系统所采用的技术为相控测量技术，即通过测时得到目标距;通过相位测量测得目标的水平几垂直角度，进而确定目标的相对位置。由于USBL系统的基线非常短，因此其测量角度的分辨率不可能很高，因此该技术系统所能提供的定位精度随斜距的增加而降低。采用常规模拟声学技术的系统测距精度通常为20-30厘米，只有Sonardyne公司的宽带数字声学技术可达到2-3厘米;定位精度通常为0.2-0.5%X斜距(必须经过高精度姿态改正和声速改正)。

　　典型的系统组成和应用如下：

　　典型应用：水下拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、水下潜员跟踪定位，AUV定位跟踪、遥控，BOP遥控遥测，导管架角度遥测等。

　　SBL(短基线)定位技术
　　短基线定位系统组成较为简单、安装较为简易，基线由安装在船体的多个(通常4个)发射接收机组成基线，测量基线几十米，参考下图：

　　SBL系统所采用的技术为测距定位技术，即通过测时得到目标距每个发射接收机的距离，进而确定目标的相对位置。该技术的定位精度较USBL高，单又远远低于LBL技术，系统的操作优势不是很明显，性价比偏低，因此应用远比USBL 和LBL技术低。

　　LBL(长基线)定位技术
　　长基线定位技术是当前高精度定位的唯一可靠的技术手段，是为深海海洋工程施工、模块安装、管线铺设和对接;高精度拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、AUV定位跟踪、遥控等等提供厘米级定位的技术方案。广泛地应用与海洋石油和天然气工业、军事领域等。顾名思义，该系统的测量基线是最长的，通常为数百至数公里，参考下图：

　　LBL系统由分布于海底的发射应答器阵，组成水下长基线阵列，阵列经过校准后，任何在阵列中的目标和水面船的测距精度可以达到优于1 厘米，相对定位精度可高达5厘米以内，且不受任何水深的限制。系统定位的原理采用完全的测距定位技术。采用当前最新的数字声学技术的Sonardyne LBL系统除了能够提供高精度定位外，它还具备数量更多的通道，对于大型的复杂的油田开发项目，能够满足多船、多ROV同时同地施工，而不会相互干扰，同时也是唯一能够提供USBL兼容和高速数据遥测的声学技术。关于宽带数字声学技术(WideBandAcoustic Technology)将在后章节独立说明。

　　典型的系统组成和应用如下：

　　LUBL(长超短基线)定位技术

　　LUBL(长超短基线)技术是将LBL和USBL技术组合一体的综合定位技术，系统能够利用海底应答器阵列为水面船提供长基线高精度DP参考，并且可为水下目标(ROV)提供长基线定位及定位数据遥测。该技术通常被应用与对DP要求很高的深水钻井船，并以分离双系统备分配置，同时组合BOP遥测遥控功能，以组成长基线DP定位参考、长基线ROV支持定位、Riser Angle遥测、BOP遥测遥控功能的综合声学定位系统。

　　SLUSBL(长短超短基线)定位技术

　　SLUSBL(长短超短基线)定位技术是将所有声学定位技术组合在一起的超复杂、超赢余的定位方式，系统组成非常复杂，至尽全球只有2条深水钻井船装备了该技术，并非被广泛采用的系统，在此就不做进一步的技术说明和介绍了。

　　本文摘抄自Sonardyne公司技术文件《水下综合声学定位技术简介》

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