關于水下傳感器短基線定位系統的總體設計

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，依據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，上述三種定位系統，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的設計。

關鍵詞：水下短基線定位系統；總體設計；水下傳感器

1.引言

水下短基線定位系統一般采用主動應答的方式工作，通過水上聲吶基陣發射特有形式的聲信號，水下定位設備上裝有應答器設備，當應答器監測水上基陣的詢問信號后，就會主動發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，在發射狀態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組成。水下定位系統基本上采用的都是聲吶基陣，它是水下定位系統的基礎傳感器設備，本文研究的水下短基線定位系統所采用的聲吶基陣，其主要功能是接收發射聲信號，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

短基線定位系統中的水上信息處理平臺，是系統的重要組成部分，其承擔了大部分的信息處理和定位解算計算的工作，短基線定位系統通過水上信心處理平臺編碼形成一段固定形式的發射信號，通過聲吶基陣發射出去以后，又收回聲吶基陣監測到的信號，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中，水上處理平臺是整個系統的核心計算部分，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信息，其接收來自水上基陣發射的信號，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據，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的參數改變等功能，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的傳感器設備，是收發信號的基礎；水上信息處理平臺是定位系統的核心計算大腦，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，也是整個定位系統的核心，其完成信號收發工作；顯控平臺是短基線定位系統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級設備，因此對于水下短基線定位系統來說，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.短基線定位系統中通用寬帶應答器的設計與實現[D]. 哈爾濱： 哈爾濱工程大學， 2009，（6）