专利名称：深水水下定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水声定位声纳设备领域，尤其涉及一种为深水海洋油气工程施工中提供监测定位服务、量测定位服务、参考定位服务以及跟踪定位服务的深水水下定位系统。
背景技术：
海洋蕴含着大量的优质石油资源，成为新世纪中人类能源的重要来源。因而近年以海洋油气资源开发开采为目的的各类海洋工程施工技术迅猛发展，以满足人类日益增长的资源需求。随着海洋油气开发开采逐渐走向深水，采用了大量的基盘、管汇等水下结构物，输油管、跨接管等多种管线，ROV (Remote Operated Vehicle,即水下机器人)、AUV(Autonomous Under Vehicle,即水下自主机器人)等多种水下潜器,代替人工完成必须的工程作业，其中通常涉及水下结构物的安装沉放、管线长度的测量、管线与接口的对接、水下潜器的跟踪导航等几种典型作业，均需要水声定位设备提供绝对/相对、大范围/局部、高/低精度、垂直/水平、多目标等定位信息辅助完成，因此海洋油气工程施工中存在对水声定位设备的强烈需求。目前的超短基线或长基线定位系统单独应用于海洋油气工程中存在着作业模式单一、适应面窄、精度与便捷灵活度难以共存的问题，不能较好的适应实际作业需要。基于此背景，本实用新型公开的深水水下定位系统针对海洋油气施工典型作业的特点进行设计，弥补通用水声定位系统的不足，满足海洋油气工程作业中的相关需求。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术定位系统作业模式单一、适应面窄、精度与便捷灵活度难以共存的缺陷，提供一种作业模式多样、精确度与灵活度兼备的深水水下定位系统。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:该系统包括水上平台控制跟踪子系统和水下平台量测示位子系统；其中，所述水上平台控制跟踪子系统包括:用于发送示位指令和/或量测指令并接收来自所述水下平台量测示位子系统的示位声信号和/或距离数据的多基元声学测量基阵，所述量测指令包含主、从配置指示；与所述多基元声学测量基阵连接、用于对所述示位声信号和/或距离数据进行处理以获取所述水下平台量测示位子系统的位置信息和/或距离信息的控制跟踪管理单元；所述水下平台量测示位子系统包括:半球指向量测示位换能器，其接收来自所述水上平台控制跟踪子系统的所述示位指令和/或量测指令；与所述半球指向量测示位换能器连接的量测示位管理单元；其中，当接收到示位指令 时,所述量测示位管理单元控制所述半球指向量测示位换能器发送示位声信号；[0012]当接收到量测指令时，所述量测示位管理单元根据所述主/从配置指示控制所述半球指向量测示位换能器发送/接收量测声信号，并根据所述量测声信号得出距离数据，并控制所述半球指向量测示位换能器发送所述距离数据。进一步，所述水下平台量测示位子系统包括顶端开放、底端封闭的水密外壳，所述量测示位管理单元设置于所述水密外壳中，所述半球指向量测示位换能器设置于水密外壳的顶端，所述水密外壳尾部封盖上设置有释放机构，在所述水密外壳上设置有通信及传感器接口，所述水密外壳的内部、量测示位管理单元下方还设置有能源包。进一步,所述量测示位管理单元包括与所述半球指向量测示位换能器相连接的单通道钳制整形级，与所述单通道钳制整形级相连接的单通道变换级，与所述单通道变换级相连接的单通道综控解析级，与所述单通道综控解析级相连接的交互级、播送级以及释放驱动检测级；所述交互级还与所述水密外壳底端的通信接口及传感器接口相连接，所述播送级还与所述水密外壳顶端的半球指向量测示位换能器相连接。进一步，所述水下平台量测示位子系统包括声速传感器、姿态传感器和压力传感器，所述声速传感器、姿态传感器和压力传感器通过通信及传感器接口与所述量测示位管理单元连接。进一步，所述水上平台控制跟踪子系统包括分别与所述控制跟踪管理单元相连的系统操控观测平台、GPS设备以及MRU设备相连，以及与所述系统操控观测平台相连的SVP设备。进一步，所述多基元声学测量基阵为九基元声学测量基阵，九基元声学测量基阵包括八通道预置增益级、八个接收基元和一个发射基元，所述八通道预置增益级连接于八个接收基元。 进一步，所述控制跟踪管理单元包括外壳，设置于外壳内的八通道变增益滤过级，与所述八通道变增益滤过级相连接的八通道变换级，与八通道变换级相连接的八通道综控解析级，与八通道综控解析级相连接的交互级以及与八通道综控解析级相连接的播送级；所述八通道变增益滤过级连接于外壳外部的九基元声学测量基阵中的八通道预置增益级，所述交互级连接于外壳外部的系统操控观测平台，所述播送级与外壳外部的九基元声学测量基阵中的发射基元连接。进一步，所述水下平台量测示位子系统为多个，该多个水下平台量测示位子系统中的至少一个安装于需要定位的装置上，剩余的固定排列于水底构成基阵。进一步，所述水下平台量测示位子系统为至少两个部，该至少两部水下平台量测示位子系统固定于需要测量的装置上。进一步，所述水下平台量测示位子系统为至少一个部，该至少一部水下平台量测示位子系统安装于所需跟踪的跟踪物上。本实用新型的有益效果在于:本实用新型在水下设置水下平台量测示位子系统，水下平台量测示位子系统有两种工作模式可测量相对距离或标示自身位置，将量测的相对距离和/或自身的位置可通过声信号发出并被水上平台控制跟踪子系统接收并处理，根据水下平台量测示位子系统的相对距离或标示位置可完成精确定位，解决了精度与便捷灵活度难以共存的问题。[0025]此外，该系统将监测定位服务、量测定位服务、参考定位服务以及跟踪定位服务相结起来，解决了作业模式单一、适应面窄的问题。
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:图1是本实用新型一实施例的深水水下定位系统的组成框图；图2是根据本实用新型一实施例的深水水下定位系统的水上平台控制跟踪子系统中控制跟踪管理单元的结构示意图；图3是根据本实用新型一实施例的深水水下定位系统的水下平台量测示位子系统中量测示位管理单元的结构示意图；图4是本实用新型第一种实施例应用于水下结构物沉放安装的监测定位服务作业的深水水下定位系统的示意图；图5是本实用新型第二种实施例应用于跨接管长度测量作业的量测定位服务作业的深水水下定位系统的示意图6是本实用新型第三种实施例应用于管线与接口对接作业的参考定位服务作业的深水水下定位系统的示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式
。图1示出了本实用新型实施例中的深水水下定位系统，该系统用于提供水下定位服务，该系统包括水上平台控制跟踪子系统I与水下平台量测示位子系统2。该水上平台控制跟踪子系统I可安装于浮式平台、半潜式钻井平台、立柱式钻井平台等深、浅水石油钻井开采平台以及海洋油气作业水面工程船只上，所述水下平台量测示位子系统2可安装于水下结构物上、管线接口处、R0V(Remote Operated Vehicle,即水下机器人)、AUV(AutonomousUnder Vehicle,即水下自主机器人)等水下无人作业平台上或锚定于海底。该水上平台控制跟踪子系统I包括九基元声学测量基阵3，控制跟踪管理单元4，系统操控观测平台5，GPS设备6，MRU (Motion Reference Unit,即运动参考单元)设备7以及SVP (Sound Velocity Probe，即声音速度探针)设备8。该九基元声学测量基阵3通过安装元件安装到水上平台的底部，为水上平台控制跟踪子系统的湿端设备，可理解的，在其他一些实施例中该九基元声学测量基阵3也可为其他的多基元声学测量基阵。作业中通过安装元件深入到水中，用于接收水下平台量测示位子系统2发射的示位声信号，并向水下平台量测示位子系统2发射声学遥控指令，本实施例中该安装元件为安装杆，可理解的，在其他一些实施例中也可为其他一些具有该相同功能的安装元件。该九基元声学测量基阵3通过电缆与水上平台上的控制跟踪管理单元4相连，该控制跟踪管理机单元4为水上平台控制跟踪子系统I的干舱设备，用于控制深水水下定位系统的工作模式与参数状态，解析示位声信号以及水下平台量测示位子系统上传的量测结果；控制跟踪管理单元4通过串口与系统操控观测平台5、GPS设备6以及MRU (MotionReference Unit,即运动参考单元)设备7相连。[0037]系统操控观测平台5为水上平台控制跟踪子系统I的干舱设备，用于直观显示控制管理机箱4的处理结果，并向控制管理机箱4下传用户的操作与控制指令信息，该系统操控观测平台5还连接SVP (Sound Velocity Probe,即声音速度探针)设备8。该GPS设备6用于确定水面作业船只的大地坐标,MRU (Motion Reference Unit,即运动参考单元)设备7用于确定水面作业船只的姿态,SVP (Sound Velocity Probe,即声音速度探针)设备8用于确定作业水域的环境信息。GPS设备6、MRU (Motion ReferenceUnit,即运动参考单元)设备7以及SVP (Sound Velocity Probe,即声音速度探针)设备8将所述坐标、姿态以及环境信息输送到控制跟踪管理单元4中并将GPS设备6、MRU(MotionReference Unit,即运动参考单兀)设备7以及SVP (Sound Velocity Probe,即声音速度探针)设备8输出数据联合观测信息计算得到水下平台量测示位子系统2的位置、及时补偿船只的姿态误差以及提高系统的测量精度。该水下平台量测示位子系统2包括顶端开放、底端封闭的水密外壳12，半球指向量测示位换能器9,量测示位管理单元10,能源包11,释放机构13。该半球指向量测示位换能器9安装于水密外壳12的顶端，用于完成接收声信号的声电转换，以及发射声信号的电
声转换。该水密外壳12则主要提供一种相对密封的环境,在该水密外壳12尾部封盖上连接释放机构13，该释放机构13可完成释放脱钩动作的机械执行机构；在水密外壳12尾部封盖上释放机构13—侧的设置有通信及传感器接口 14，可理解的，在其他一些实施例中也设置在其他位置，设置该结构用于完成水下平台量测示位子系统2与外部数据的交互。在水密外壳12的内部、半球指向量测示位换能器9的下方设置有量测示位管理单元10，该量测示位管理单元10主要用于完成对接收信号的处理解析、以及对水下平台量测示位子系统2的整体管理；其下方设置有能源包11，该能源包11用于能源供应。作业时水下平台·量测示位子系统2可工作于示位与量测两种模式:示位模式下水下平台量测示位子系统2根据电触发或水上平台控制跟踪子系统I发射的声指令发送示位声信号，该示位声信号是一种波形已知的声信号。水上平台控制跟踪子系统I接收该信号后通过滤波放大以及相关等信号处理手段得到水下平台量测示位子系统2的距离与方位，从而解算出其位置坐标。水下平台量测示位子系统2以此完成对自身的声学示位。水上平台控制跟踪子系统I接收并解析该信号，可定位跟踪该水下平台量测示位子系统2 ;量测模式下通过水上平台控制跟踪子系统I的声学遥控指令，配置多只水下平台量测示位子系统2的主从关系，该量测模式下采用应答模式，由一只水下平台量测示位子系统2发射量测信号，另一支接收后回复，因而需要规定哪只发射(为主)哪只接收(为从)。水下平台量测示位子系统2根据主从配置自动量测主从之间的相对距离，具体测量为“从”水下平台量测示位子系统2接收“主”水下平台量测示位子系统2发射的信号后通过滤波放大以及相关等信号处理手段得到水下平台量测示位子系统2的时延，通过声速转变为距离。测量结果可通过声链路由主水下平台量测示位子系统2上传水上平台控制跟踪子系统I。在作业过程中，九基元声学测量基阵3用于发送示位指令和/或量测指令并接收来自水下平台量测示位子系统2的示位声信号和/或距离数据，该量测指令包含主、从配置指示；控制跟踪管理单元4用于对示位声信号和/或距离数据进行处理以获取水下平台量测示位子系统2的位置信息和/或距离信息。[0044]半球指向量测示位换能器9接收来自所述水上平台控制跟踪子系统I的示位指令和/或量测指令。且当接收到示位指令时，量测示位管理单元10控制半球指向量测示位换能器9发送示位声信号；当接收到量测指令时，量测示位管理单元10根据主/从配置指示控制半球指向量测示位换能器9发送/接收量测声信号，并根据量测声信号得出距离数据，并控制半球指向量测示位换能器9发送距离数据。如图2所示，控制跟踪管理单元4包括外壳15，八通道变增益滤过级16、八通道变换级17、八通道综控解析级18、交互级19和播送级20，在外壳15的内部，八通道变增益滤过级16依次与八通道变换级17、八通道综控解析级18相连接，该八通道变换级17还与八通道综控解析级18相连，八通道综控解析级18还连接于交互级19以及播送级20。八通道变增益滤过级16用于对输入信号进行幅值放大与滤波整形并将增益调节、降噪处理后的信号送入八通道变换级17 ;该八通道变换级17通过八通道综控解析级18的控制完成信号的采样量化处理，八通道变换级17采集的数据送入八通道综控解析级18中，八路数据经过八通道综控解析级18的滤波相关后，进行峰选判决与参量解析；该八通道综控解析级18，负责产生系统同步、控制增益信号采集与发射、处理解析采集信号、解算目标位置。八通道变增益滤过级16向外壳15外部还连接九基元声学测量基阵3中的八通道预置增益级，交互级19还向外壳15外部连接系统操控观测平台5，将八通道综控解析级18的数据向系统操控观测平台5、GPS设备6、MRU7串行数据的转换。播送级20还向外壳15外部连接九基元声学测量基阵3中的发射基元，播送级20受八通道综控解析级18的控制，完成指令信号的功率放大。该控制跟踪管理单元4为现代数字声纳仪器的基本模式，该控制跟踪管理单元4中采用的八通道用于分别处理九基元声学测量基阵3中八个接收基元的接收信号。据此可分辨水下平台量测示位子系统2的方位。同时八通道处理有助于提高信号的检测能力。可理解的，在其他一些 实施例中也可采用四基元、五基元、六基元、七基元或更多基元声学测量基阵来替代九基元声学测量基阵，相应地通道的数量也可改变。八通道变增益滤过级16用于对输入信号进行幅值放大与滤波整形。本实施例中，该级具有八个通道，并严格保证各通道之间严格的增益与相位一致性。本实施例中，八通道变增益滤过级16首先利用AD616高精度仪表放大器进行信号的固定增益放大，随后通过ADA4841进行信号的前端滤波降噪，送入可控增益模块进一步放大，增益调节范围(T60dB，在经过LTC1562集成巴特沃斯线性相位带通滤波、光耦隔离以及输出驱动后，将增益调节、降噪处理后的信号送入八通道变换级17。在其他一些实施例中也可理解为其他一些有相同功能的芯片或模块，并不局限于上述型号。本实施例中，八通道变换级17由8通道的双极性数模转换芯片IDS8568构成，通过八通道综控解析级18的控制完成信号的采样量化处理。本实施例中，八通道综控解析级18由一片ALTERA EP2C8Q168C8N FPGA和三片TI TMS2766416 DSP组成，负责产生系统同步、控制增益信号采集与发射、处理解析采集信号、解算目标位置。本实施例中，八通道变换级17采集的数据送入FPGA中，八路数据经过FPGA的滤波相关后，处理结果送入两片波形DSP中进行峰选判决与参量解析，八通道解析结果汇总至数据DSP中进行综合，结合系统作业模式计算目标位置或量测结果。DSP与FPGA之间通过EMIF总线交互之间，DSP之间通过McBSP进行交互。FPGA参与多芯片间的同步时序，数据DSP完成控制指令的传输与实现。本实施例中，八通道综控解析级18解算结果通过交互级19输出到系统操控观测平台5中。本实施例中，交互级19由TL16C754芯片完成八通道综控解析级18并行数据向系统操控观测平台5、GPS设备6、MRU7串行数据的转换。在其他一些实施例中也可理解为其他一些有相同功能的芯片或模块，并不局限于上述型号。本实施例中，播送级20受八通道综控解析级18中数据DSP的控制，完成指令信号的功率放大经过匹配加载到九基元声学测量基阵3中的发射基元上。本实施例中，播送级20由八通道综控解析级18发出的PWM信号控制，通过非门等逻辑芯片对信号整形保护，利用MIC4418驱动MOSFET管完成信号的D类功率放大。在其他一些实施例中也可理解为其他一些有相同功能的芯片或模块，并不局限于上述型号。如图3所示，该量测示位管理单元10包括单通道钳制整形级21，单通道变换级22，单通道综控解析级23，交互级24，播送级25，释放驱动检测级26。该单通道钳制整形级21依次与单通道变换级22和单通道综控解析级23连接，该单通道变换级22与单通道综控解析级23连接，所述单通道综控解析级23还连接交互级24、播送级25以及释放驱动检测级26。单通道钳制整形级21，将信号进行增益调节与滤波整形，将失真信号整形恢复信号波形，送入单通道变换级22，该单通道变换级22受单通道综控解析级23的控制完成信号的采集量化，所述单通道综控解析级23还负责控制信号采集发射与释放动作、处理解析采集信号、解算量测结果、接收电触发、读取外接传感器的数据。此外所述单通道钳制整形级21向外连接在水密外壳12顶端的半球指向量测示位换能器9上，交互级24还与所述水密外壳12底端的通信及传感器接口 14相连接，该交互级利用该通信及传感器接口 14与上位机连接并交互数据。所述播送级25还与所述水密外壳12顶端的半球指向量测示位换能器9相连接，该播送级25主要将八通道综控解析级18的控制信号驱动为功率发射信号。所述释放驱动检测级26还与所述水密外壳12尾部封盖上的释放机构13相连接，该释放驱动检测级26为释放机构提供驱动电流，实现对释放动作的操控监测。本实施例中量测示位管理单元10采用单通道原件，可理解的，在其他一些实施例中也可为多通道。单通道波形钳制整形级21对半球指向量测示位换能器9转换的微弱电信号(即信号波形)进行增益调节与滤波整形。本实施例中，该级使用BAV99T与ADA4841搭建波形钳位放大电路，提供SOdB的固定增益，钳位失真后的信号通过LTC1562设计的8阶巴特沃斯滤波整形电路恢复信号波形，送入单通道变换级22。本实施例中，单通道变换级22由单通道AD7980完成信号的采集量化，受单通道综控解析级23的控制。本实施例中，单通道综控解析级23由一片TI TMS276VC5509A DSP组成，负责控制信号采集发射与释放动作、处理解析采集信号、解算量测 结果、接收电触发、读取外接传感器的数据。DSP通过EMIF与外挂SDRAM芯片HY57V641616连接。本实施例中，交互级24使用TL16C754、ADM162与MAX485芯片完成RS192及485接口的外接传感器14或上位机的连接并交互数据。本实施例中，播送级25采用增强型场效应管组成D类功放，将DSP控制的PWM控制信号驱动为功率发射信号。本实施例中，释放驱动检测级26使用N沟道MOS管IRLZ44NS为释放机构13提供驱动电流，释放机构13反馈则通过分压电路加到DSP的GPIO管脚，实现对释放动作的操控监测。在其他一些实施例中也可理解为其他一些有相同功能的芯片或模块,并不局限于上述型号。所述水下平台量测示位子系统2还可通过通信及传感器接口 14连接声速传感器、姿态传感器以及压力传感器，用于探测所述声速、姿态以及压力数据，用于在一定工作模式下对深度、姿态等的测量。该深水水下定位系统可用于为管端基盘PLET (Pipeline End Terminal)管汇基盘PLEM (Pipeline End Manifold)等大型水下结构物沉放安装提供监测定位服务,可为跨接管(Jumper/Spool)长度测量作业提供量测定位服务，可为管线与采油树(Well)或水下结构物的对接提供参考定位服务，可为ROV (Remote Operated Vehicle,即水下机器人)、AUV (Autonomous Under Vehicle,即水下自主机器人)等水下无人作业平台提供跟踪定位服务。下面一些为典型的该系统应用的作业模式与流程的实施例。如图4所示为第一种实施例水下结构物沉放安装的监测定位服务作业流程，水上平台控制跟踪子系统I装载于水面安装船只上，海底布放四至五部水下平台量测示位子系统2，其他一些实施例中可理解为至少三部，该四至五部水下平台量测示位子系统2四至五部一方面可以提供足够的冗余测量信息，另一方面可以提高至少三部同时有效的概率，提高作业效率。待沉放安装的水下结构物四角分别安装四部水下平台量测示位子系统2，该设置可以提供足够的冗余测量信息，便于观测沉放结构物的旋转、摇摆等运动。在其他一些实施例中也可为其他数量的多部。沉放作业前首先将四至五部水下平台量测示位子系统2布放于海底形成海底参考基阵，基线长 度在一公里左右，该基线长度可提高海底参考基阵中各部水下平台量测示位子系统2位置测量的精度。通过绝对相对测量获取海底参考基阵中各部水下平台量测示位子系统2的大地位置。随后水面船只在预定位置通过吊车开始下放水下结构物，此过程中，海底基阵工作于量测模式并作为从单元，水下结构物上的四部水下平台量测示位子系统2工作于示位模式，水上平台控制跟踪子系统I实时监测水下平台量测示位子系统2的位置，并通过声链路获取加装在水下平台量测示位子系统2上姿态传感器的数据，以控制水下结构物的沉放操作，加装姿态传感器测量水下结构物的沉放过程中的姿态精度高，数据刷新率快。当水下结构物接近海底时，水上平台控制跟踪子系统I通过声学遥控水下结构物上的四部水下平台量测示位子系统2工作于量测模式并作为主测单元，交替测量自身与海底参考基阵的距离，并通过声链路上传测量结果，水上平台控制跟踪子系统I通过上传距离值解算水下结构物位置，据此调整水下结构安放的位置，直至达到工程要求完成作业。如图5所示为第二种实施例跨接管长度测量作业的量测定位服务作业流程，水上平台控制跟踪子系统I装载于水面量测船只上，水下平台量测示位子系统2加装姿态、声速、压力传感器。ROV携带两部水下平台量测示位子系统2入水，并将两部水下平台量测示位子系统2分别安放在跨接管待连接的两个接口处。水上平台控制跟踪子系统I声学遥控两部水下平台量测示位子系统2工作于量测模式，并指定主从量测关系，水下平台量测示位子系统2根据配置多次量测主从间的距离。改变主从关系，重复测量。两部水下平台量测示位子系统2声链路上传测量的距离数据以及对应的声速、姿态、压力传感器数据，水上平台控制跟踪子系统I解析数据并解算跨接管长度、管端接口姿态与高度差信息。如图6所示为第三种管线与接口对接作业的参考定位服务作业流程，水上平台控制跟踪子系统I装载于水面采油平台上，海底布放四至五部水下平台量测示位子系统2组成海底基阵，待对接的管线末端与对接井口处分别安装两部水下平台量测示位子系统2。管线末端的水下平台量测示位子系统2可在管线入水前安装，井口处水下平台量测示位子系统2由ROV下水安装。海底基阵的布放与标定流程与水下结构物沉放安装中涉及流程一致。对接作业中设定井口处水下平台量测示位子系统2处于量测模式，测量自身与海底参考基阵的距离，并通过声链路上传测量结果，水上平台控制跟踪子系统I通过上传距离值解算井口位置。在管线入水至井口附近的过程中，设定管线上的水下平台量测示位子系统2处于示位模式，水上平台控制跟踪子系统I据此实时监测水下管线位置，以监控管线的下放操作。管线到达预定位置并对接时，管线上的水下平台量测示位子系统2处于量测模式，与井口处水下平台量测示位子系统2交替测量自身与海底基阵的距离，上传后水上平台控制跟踪子系统I可分别解算管线末端与井口位置，以此为参考并在ROV辅助下完成管线的对接。对于其他一些实施例，如无人作业平台的跟踪定位服务作业流程:水上平台控制跟踪子系统I装载于水面跟踪船只上，水下平台量测示位子系统2安装在水下无人作业平台上并处于示位模式下。若无人作业平台与水面跟踪船只有缆连接，水上平台控制跟踪子系统I可通过周期电触发信号控制水下平台量测示位子系统2发射示位信号；无缆连接时水上平台控制跟踪子系统I须通过周期声学指令控制水下平台量测示位子系统2发射示位信号。水上平台控制跟踪子系统I接收信号解析无人作业平台的距离与方位，完成对其位置的定位跟踪。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种深水水下定位系统，其特征在于，包括水上平台控制跟踪子系统(I)和水下平台量测示位子系统(2);其中， 所述水上平台控制跟踪子系统(I)包括: 用于发送示位指令和/或量测指令并接收来自所述水下平台量测示位子系统(2)的示位声信号和/或距离数据的多基元声学测量基阵，所述量测指令包含主、从配置指示； 与所述多基元声学测量基阵连接、用于对所述示位声信号和/或距离数据进行处理以获取所述水下平台量测示位子系统(2)的位置信息和/或距离信息的控制跟踪管理单元(4)； 所述水下平台量测示位子系统(2)包括: 半球指向量测示位换能器(9)，其接收来自所述水上平台控制跟踪子系统(I)的所述示位指令和/或量测指令； 与所述半球指向量测示位换能器(9)连接的量测示位管理单元(10);其中， 当接收到示位指令时，所述量测示位管理单元(10)控制所述半球指向量测示位换能器(9)发送不位声信号； 当接收到量测指令时，所述量测示位管理单元(10)根据所述主/从配置指示控制所述半球指向量测示位换能器(9)发送/接收量测声信号，并根据所述量测声信号得出距离数据，并控制所述半球指向量测示位换能器(9 )发送所述距离数据。
2.根据权利要求1所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水下平台量测示位子系统(2)包括顶端开放、底端封闭的水密外壳(12)，所述量测示位管理单元(10)设置于所述水密外壳(12)中，所述半球指向量测示位换能器(9)设置于水密外壳(12)的顶端，所述水密外壳(12)尾部封盖上设置有释放机构(13)，所述水密外壳(12)上设置有通信及传感器接口( 14)，所述水密外壳的(12)内部、量测示位管理单元(10)下方还设置有能源包(11)。
3.根据权利要求2所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述量测示位管理单元(10)包括与所述半球指向量测示位换能器(9)相连接的单通道钳制整形级(21)，与所述单通道钳制整形级(21)相连接的单通道变换级(22)，与所述单通道变换级(22)相连接的单通道综控解析级(23)，与所述单通道综控解析级(23)相连接的交互级(24)、播送级(25)以及释放驱动检测级(26); 所述交互级(24)与所述水密外壳(12)底端的通信及传感器接口(14)相连接，所述播送级(25)还与所述水密外壳(12)顶端的半球指向量测示位换能器(9)相连接。
4.根据权利要求3所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水下平台量测示位子系统(2)包括声速传感器、姿态传感器和压力传感器，所述声速传感器、姿态传感器和压力传感器通过通信及传感器接口(14)与所述量测示位管理单元(10)连接。
5.根据权利要求4所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水上平台控制跟踪子系统(I)包括分别与所述控制跟踪管理单元(4)相连的系统操控观测平台(5)、GPS设备(6)以及MRU设备(7)，以及与所述系统操控观测平台(5)相连的SVP设备(8)。
6.根据权利要求5所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述多基元声学测量基阵为九基元声学测量基阵(3)，所述九基元声学测量基阵(3)包括八通道预置增益级、八个接收基元和一个发射基元，所述八通道预置增益级连接于八个接收基元。
7.根据权利要求6所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述控制跟踪管理单元(4)包括外壳(15)，设置于外壳(15)内的八通道变增益滤过级(16)，与所述八通道变增益滤过级(16)相连接的八通道变换级(17)，与八通道变换级(17)相连接的八通道综控解析级(18)，与八通道综控解析级(18)相连接的交互级(19)以及与八通道综控解析级(18)相连接的播送级(20)； 所述八通道变增益滤过级(16)连接于外壳(15)外部的九基元声学测量基阵(3)中的八通道预置增益级，所述交互级(19)连接于外壳(15)外部的系统操控观测平台(5)，所述播送级(20)与外壳(15)外部的九基元声学测量基阵(3)中的发射基元连接。
8.根据权利要求7所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水下平台量测示位子系统(2)为多个，该多个水下平台量测示位子系统(2)中的至少一个安装于需要定位的装置上，剩余的固定排列于水底构成基阵。
9.根据权利要求7所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水下平台量测示位子系统(2)为至少两个部，该至少两部水下平台量测示位子系统(2)固定于需要测量的装置上。
10.根据权利要求7所述的深水水下定位系统，其特征在于，所述水下平台量测示位子系统(2)为至少一个部，该至少一部水下平台量测示位子系统(2)安装于所需跟踪的跟踪物上。·
专利摘要本实用新型公开了一种深水水下定位系统，该系统包括可设定主/从关系的水下平台量测示位子系统(2)以及与所述水下平台量测示位子系统(2)相对应的水上平台控制跟踪子系统(1)；所述水下平台量测示位子系统(2)包括可接收和发射声信号的半球指向量测示位换能单元(9)以及区分声信号中示位工作模式或量测工作模式、并处理声信号的量测示位管理单元(10)，所述水上平台控制跟踪子系统(1)包括用于接收和发射声信号的多基元声学测量基阵以及处理声信号的控制跟踪管理单元(4)。本实用新型工作模式多样，灵活性与精确性兼备且工作服务适用面宽。
文档编号G01S15/08GK203149118SQ20132008508
公开日2013年8月21日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者孙大军, 刘义勇, 刘培林, 李怀亮, 朱绍华, 陈永訢, 谢兰江, 张宁 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油深海开发有限公司, 海洋石油工程股份有限公司, 哈尔滨工程大学