[发明专利]一种海底缆线定位声纳系统及定位方法

权利要求书

1.一种海底缆线定位声纳系统的定位方法，其特征在于，所述系统包括安装在移动测量平台上的发射端(1)、嵌入海底缆线(2)中的水听器(201)和安装在岸上的接收端(3)；

所述发射端(1)用于同时发射若干个相互正交的声源信号、并向所述接收端(3)发送发射时刻的UTC时间以及发射端位置信息；所述发射端(1)包括信号源(101)、若干个发射机(102)、与所述发射机(102)数量相等的发射换能器(103)、发射端卫星导航设备(104)、无线电通信设备(106)；所述信号源(101)用于产生编码信号；所述若干个发射机(102)用于将编码信号进行功率放大；所述发射换能器(103)用于将功率放大后的编码信号转换成声学信号发射至水中；所述发射端卫星导航设备(104)用于提供发射时刻的UTC时间和发射端位置信息；所述无线电通信设备(106)用于发送发射时刻的UTC时间以及发射端位置信息至接收端(3)；所述发射端(1)还包括发射端姿态测量设备(105)，所述发射端姿态测量设备(105)用于提供所述发射换能器(103)的姿态信息；

所述发射机(102)和发射换能器(103)的数量为四个，所述四个发射换能器(103)在同一平面上呈正交等距离分布；

所述水听器(201)用于分别接收若干个声源信号，并转换为光或电信号输出至接收端(3)；

所述接收端(3)用于接收所述水听器(201)发出的光或电信号以及发射端(1)发出的发射时刻的UTC时间、发射端位置信息根据接收信号接收时刻的UTC时间计算所述水听器(201)的位置信息；

所述方法包括如下步骤：

1)所述发射端(1)的四个发射换能器(3)同时向水听器(201)发射四个正交的声源信号，并记录发射时刻的UTC时间t_发、发射端位置信息(X_发、Y_发、Z_发)、发射端姿态信息发送至接收端(3)；

2)所述水听器(201)将接收到的四个声源信号转换为光或电信号发送至接收端(3)；

3)所述接收端(3)通过脉冲压缩处理将混叠的光或电信号分离成四个接收信号；

4)所述接收端(3)记录四个接收信号接收时刻的UTC时间，取平均值为接收时间t_收，计算所述发射端(1)至水听器(201)的距离R，R＝(t_发-t_收)*C，C为声速；

5)所述接收端(3)根据四个接收信号接收时刻的UTC时间，计算X轴方向时延差信息Δt_x、Y轴方向时延差信息Δt_y，然后计算所述水听器(201)相对于发射端的相对位置(X_收’、Y_收’、Z_收’)：

d为Y轴或者Y轴方向上两个所述发射换能器(103)之间的距离；

6)所述接收端(3)计算水听器(201)在大地坐标系下的绝对位置：

T(α,β,γ)为发射端姿态信息的坐标变换矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种海底缆线定位声纳系统的定位方法，其特征在于：所述X轴方向时延差信息Δt_x为X轴方向上的X1发射换能器(1031)和X2发射换能器(1033)发射的声波信号到达水听器(201)的传播时间差值；所述Y轴方向时延差信息Δt_y为Y轴方向上的Y1发射换能器(1032)和Y2发射换能器(1034)发射的声波信号到达水听器(201)的传播时间差值。

3.根据权利要求1所述的一种海底缆线定位声纳系统的定位方法，其特征在于：所述发射端位置信息(X_发、Y_发、Z_发)为所述四个发射换能器(103)中点位置在大地坐标系下的绝对位置；所述发射端姿态信息为发射换能器(103)的航向α、横摇β、纵摇γ的姿态信息。

4.根据权利要求1所述的一种海底缆线定位声纳系统的定位方法，其特征在于：所述相互正交的声源信号为若干个信号的互相关为0或互相关远低于各信号自相关峰值的若干个信号集合。