[发明专利]一种融合水下目标定位及遥控遥测数据水声网络传输的一体化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下目标定位及遥控遥测数据水声网络传输的一体化方法，适用于水下目标的精确定位跟踪、水下遥控遥测、水下监控和水声通信等。

背景技术

水声定位技术是指利用目标发出的声波（包括自身的辐射噪声或主动发射的声信号）或目标的回波信号来确定目标的存在。水声定位方法主要指的是可用于局部区域精确导航定位的方法。水声定位方法是由多个基元（接收器或应答器）组成基阵构成的方法，基阵中基元之间的距离称为基线长度，传统上我们根据方法的基线长度将定位方法分为３种类型：长基线定位方法（Long Base Line，LBL）、短基线定位方法（Short Base Line，SBL）和超短基线定位方法（Ultra Short Base Line，USBL）。上述各种定位方法可以单独使用，也可以根据实际需求进行组合，从而构成组合定位方法，例如长/超短基线方法（L/USBL）、短/超短基线方法（S/USBL）等。

水声定位技术在海洋环境观测、海洋测绘、资源勘探和国防建设中均起到了重要作用。随着水下应用的纵深推广，现有单一的水声定位功能已无法满足一些特定应用需求。在水下目标定位的同时利用海洋信道传递数据信息及定位信息的需求大为增加。各种数据信息，如军事上的潜艇之间以及潜艇与水面舰艇之间的通信联系、舰潜对抗演练过程中的潜艇位置信息，民用上如遥测数据、水下机器人和海上石油平台的遥控指令、水文站采集的数据、海底勘探数据等，均需要利用水声信道和水声通信方法进行传送。所以实现水下目标定位及遥控遥测数据水声通信网络传输一体化是要解决的问题。              

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具有特定测量区域内水下目标定位及遥控遥测数据水声通信网络传输的一体化方法，本发明能够以较少的水下节点实现大范围水下目标定位及遥控遥测数据水声通信。

本发明包括目标定位及遥控遥测数据水声网络传输，目标定位及遥控遥测数据水声网络传输利用的设备包括多个定位潜标、被测目标平台、无线中继浮标和船载显控平台；多个定位潜标布放在海底构成海底定位潜标阵，布放完成后，对定位潜标阵的位置进行测量，测量选择自测阵方式或直接测阵方式；在被测目标平台上装载定位潜标阵的位置信息，被测目标在定位潜标阵组成的测量区域内航行时，被测目标平台持续等间隔发送声学询问信号给定位潜标，作用距离内的定位潜标接收到询问信号后，等待固定延时回复对应自身地址的应答信号，其中的固定延时是方法事先设定好的，用于消除信号处理时间不一致对定位结果的影响；被测目标平台接收到应答回复信号后，进行应答信号检测和应答信号时延估计，根据多个定位潜标的应答信号时延估计结果和定位潜标的位置信息采用长基线定位方法进行自身位置解算；被测目标平台根据自身安装的压力传感器进行压力数据采集及深度计算；被测目标平台将定位解算结果和深度测量结果通过水声通信方式发送给最近的定位潜标，最近的定位潜标依次沿水声通信链路和无线通信链路传输给船载显控平台，最后在船载显控平台上实时监测被测目标的水下位置；

上述定位潜标具备询问信号接收功能、应答信号回复功能、通信信号接收及转发功能，是本发明水下定位与通信的关键节点；

上述船载显控平台兼具有与定位潜标的水声数据通信功能及与无线中继浮标的无线数据通信功能，既实现声学信号的接收、处理和水声通信解码，又与无线中继浮标进行无线数据传输通信；也就是说，船载显控平台直接与定位潜标进行水声数据通信，或通过无线中继浮标间接实现与定位潜标的数据通信；间接通信时，船载显控平台与无线中继浮标之间采用无线扩频通信方式通信，无线中继浮标与定位潜标之间采用水声通信方式通信。

上述对水下目标的定位采用长基线定位方法，在已知定位潜标阵位置信息的前提下，通过测量水下被测目标平台到定位潜标阵之间的时延信息，利用球面几何交汇原理即可实现目标精确定位；在目标深度信息已知的情况下，至少需要知道被测目标平台到三个定位潜标之间的时延才能获得目标位置的唯一解。

设定被测目标位置坐标为                                                ，N个定位潜标的位置坐标分别为、、、…、，被测目标到第i个定位潜标之间的传播时延为，则长基线定位解算公式为：

       ，                 （1）