一种运载体水下定位的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于惯性导航水下系统/水声定位系统/Gl^s的组合导航技术领域，具体设 及一种运载体水下定位的方法。
【背景技术】
[0002] 近半个世纪W来，由于世界各国科技、经济、军事等多方面的发展需要，促使水下 目标导航定位技术得到快速发展。水下空间站、海洋勘探、海底光缆、海底管道铺设及维修、 水下潜器导航定位、油气井定位、水下施工等领域都需要解决水下精确导航定位的问题。逐 渐出现了一批利用水声进行定位的水声定位设备，它是基于声波在水中传播的几何关系确 定目标的相对距离和方向来满足各种不同的需求。由于它的出现是根据某种特定需要而装 备在特定目标上的定位手段，水声定位设备一直没有作为通用的定位导航设备装备在舰船 上面。水声定位技术通常根据几何关系中用作基准的声学器件的连线作为基线，用基线的 长度对声学定位系统进行分类，目前根据应用情况可分为=类：长基线、短基线和超短基线 定位系统。
[0003] 其中超短基线系统只有一个结构紧凑的换能器构成的声基阵，具有系统简单、安 装方便、操作容易、测距精度高，换能器可W设计成与惯导系统一体化的结构，使设备即插 即用、不必固定安装，而且可W通过使用多阵元基阵来提高远距离的定位精度，定位也只需 询问一个应答器。由于W上特点近些年越来越多的舰船潜器使用超短基线作为声学定位设 备，超短基线定位技术得到了迅速发展。
[0004] 一般大型水下载体使用的惯导系统都具有较高的自主导航精度，但位置误差随时 间不断积累。当误差积累到一定程度，水下载体必须定期浮上水面获取位置信息对惯导系 统进行重调校准。延长水下载体惯导系统重调周期和水下续航时间，是提高其隐蔽性的关 键。 阳〇化]传统将Gl^s水面高精度定位能力延伸到水下的方法是：一是水下运载体需要上浮 至接近水面位置，释放由电缆或光纤连接的Gl^s接收器，使GI^S接收器的天线浮出水面接收 卫星信号，把获得的定位信息传送给水下的运载体，该方法得到的是水面卫星接收器的位 置，而不是水下载体的真实位置，而且一些深海作业或隐蔽性要求较高的水下载体很难实 现随时随地上浮至接近水面的位置。二是使用长基线系统，在水面上布设3个W上的带有 GI^S接收单元的浮标，通过水下运载体安装的水声问答机进行通信，得到3个W上浮标到水 下运载体的距离，即可通过方程组根据球面交汇原理解算出水下运载体的准确位置。其基 本原理类似于GI^S定位，但具体实施过程中需要布设多个浮标，整个系统相对复杂，且海面 浮标受到波浪等多种误差源的干扰，使其定位精度受到一定影响。运种方式仅能实现提前 布设浮标和应答器信号所覆盖的局部范围，在其全球范围布设目前不太现实。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明一种运载体水下定位的方法，该方法利用浮标或水下应答器，实 现了运载体的水下定位。
[0007] 本发明通过W下方案来实现：
[0008] 一种运载体水下定位的方法，具体过程为：
[0009] 一，在运载体上安装惯导系统和水声超短基线定位系统；
[0010] 二，判断水声超短基线定位系统的水声信息所能到达的范围内是否存在水下应答 器，若存在，进入步骤六，若不存在，进入步骤=;
[0011] =，运载体释放安装有Gl^s接收器的浮标；待所述浮标上浮至海面上时，其将接收 的Gl^s信号转换成声学信号传输出去；
[0012] 四，运载体接收浮标的GI^S信号，水声超短基线定位系统测量浮标在超短基线基 阵坐标系中的位置信息；
[0013] 五，根据所述GI^S信号和位置信息，计算出运载体在导航坐标系中的位置并对所 述惯导系统进行标定；
[0014] 六，根据水下应答器在导航坐标系中的位置信息及其在超短基线基阵坐标系中的 位置信息，计算出运载体在导航坐标系中的位置并对所述惯性系统进行标定。
[0015] 本发明所述浮标包括GI^S接收器、控制器、声学应答器化及声学换能器；其中，
[0016] 控制器控制浮标的运行，GI^S接收器接收表示当前浮标位置的GI^S信号，所述GPS 信号由声学换能器进行电-声能量转换后，经声学应答器传输出去。
[0017] 有益效果
[0018] 第一，本发明惯性导航系统与水声超短基线系统组合导航系统可W在水下任意深 度，借助浮标直接获取准确位置信息。
[0019] 第二，本发明利用惯性导航系统与水声超短基线系统的组合导航技术，可使运载 体在全球任何海域在水下释放浮标，通过水声超短基线系统测得视在位置获知自身准确位 置，对载体惯导系统实现重调校准，进而实现惯性导航系统/水声超短基线系统/Gl^s组合， 成为真正意义上的水下GPS。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明运载体水下定位的原理示意图；
[0021] 图2为本发明中浮标应答器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0023] 本发明的设计原理为：根据惯导系统和水声超短基线定位系统的特性，利用超短 基线定位系统视在位置的解算结果和声基阵坐标系及载体坐标系失调关系，利用矩阵转换 原理，通过研究得到惯性导航系统与超短基线系统的组合导航系统，用于水下载体惯导系 统水下重调校准算法，解决了水下载体惯导系统在水下获取位置信息、不需上浮水面即可 进行重调校准的问题，实现了水下运载体通过惯性导航系统与超短基线系统的组合导航系 统利用GI^S信息进行水下定位的方法。
[0024] 如图1-2所示，一种运载体水下定位的方法，具体过程为：
[00巧]一，在运载体上安装惯导系统和水声超短基线定位系统。
[00%] 二，判断水声超短基线定位系统的水声信息所能到达的范围内是否存在浮标，若 存在浮标，水声超短基线定位系统可W接收当前已有浮标的位置信息，此时进入步骤四，若 不存在浮标，则需要运载体释放新的浮标，此时进入步骤=。
[0027]=，运载体释放安装有GI^S接收机的浮标，待所述浮标上浮至海面上时，其将接收 的GPS信号转换成声学信号传输出去；
[0028] 本发明所述浮标包括GI^S接收器、控制器、声学应答器W及声学换能器；其中，
[0029]GI^S接收器接收表示当前浮标位置的GI^S信息，该信息通过声学换能器转换为声 学信息后，经声学应答器传输出去。
[0030] 本发明中水