基于短基线技术的水下目标声学定位技术研究

　　水下声学定位技术出现时间早，发展速度快，如今已经广泛应用于海洋工程的各个方面。海洋中水下环境复杂恶劣，因此为水下定点测量设备进行准确的定位，对于掌握设备工作情况、回收海洋监测数据和设备具有非常重要的意义。本文针对水下定点测量设备布放过程中出现的因定位不准而引起的回收阶段海上搜索困难的问题进行了深入细致的研究，设计开发了适用于水下定点测量设备的水下声学定位系统。

　　1 水下声学定位技术的分类

　　依据水声定位基线的长度通常将定位系统分为3类：长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统，见表1。

　　由于长基线定位系统需要在水下布放至少3个以上的应答单元，对于深海区单点布放的水下定点测量设备来说可行性不强;而超短基线定位系统须建立声基阵与船体之间相互确定的坐标方位关系，且在较大水深的条件下精度不高，同时准备工作繁琐，不利于在甲板快速高效地展开定位工作;短基线定位系统构成简单，便于操作，可借助已有的声学通讯装置完成水下目标的测距工作，符合设备回收对于定位方法简洁快速、准确高效的操作要求。本文参考短基线定位技术的原理并加以改进，将固定安装在船体的至少3个换能器同时测距的方式改为利用声学通讯装置甲板单元在至少3个不在同一直线的点进行走航逐一测距定位作业的方式。这样，既充分发挥了短基线定位系统的优势，又避免了在水深较大的情况下由于测距点之间位置接近造成的定位精度降低的不足。

　　2 水下声学定位系统组成及工作方式

　　水下定点测量设备的重力锚在下坠的过程中，随着海流的冲击，实际就位点(亦即实际工作点)会与投放点水平方向上有较大的偏差，这为复杂的海况条件下回收设备时基本靠目测搜寻设备增加了难度，如果在3级海况波浪高度超过1m的情况下甚至有丢失的风险。本系统主要由声学通讯装置及其甲板单元、船载测深仪、GPS和基于VB平台的水下目标定位测算软件组成。

　　利用声学通讯装置甲板单元，通过布放调查船走航分别在不在同一直线的3点与水下的声学通讯装置进行测距，两点之间大约相距2nmile。通过软件进行一系列的坐标变换及计算，从而得到水下的声学通讯装置的相对位置，由于声学通讯装置与重力锚位置接近，可通过测算水下声学通讯装置的坐标间接获取水下目标的准确坐标。工作示意图见图1。但通过声学通讯装置水下声学定位得到的位置信息仅是一个以定位点为参考点相对坐标，因此需借助GPS定位与水下声学定位相结合的联合定位，将GPS水面高精度定位能力向水下延伸，从而获得接近 GPS 水面定位精度的水下目标大地经纬度坐标。