单海底应答器声学导航及应答器绝对位置校准

给出了一种局部海域潜器高精度声学定位导航方法.该方法利用安装在潜器上的超短基线(USBL)定位系统和锚定于海底的单只应答器构成定位导航系统,为潜器在局部海域提供高精度定位导航,系统复杂性和操作难度低,可靠性高.为提高应答器绝对位置的校准精度,提出了一种声线弯曲修正方法.2006年中国南海试验表明,试验系统可对锚定于3700m海深的海底应答器精确校准,并且利用校准后的应答器为对安装有精度为0.5%斜距的超短基线的水面船进行导航,导航精度为25m.     

利用相关峰内插时延估计提高四元阵定位精度

超短基线定位系统具有基阵尺寸小、易于安装等优点,被广泛应用于海洋科学领域。但超短基线作用距离短,远距离定位精度不高。为了改善超短基线的定位精度,在四元阵被动定位结构基础上,采用相关峰内插时延估计算法进行超短基线定位。仿真结果表明该算法能够较好地估计时延差值,有效改进定位精度。     

一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用

根据声线分层恒速修正原理和超短基线设备测量的水下温度、深度信息,结合系统海上使用的环境特性,提出一种改进型声线修正新算法进行水下精确测距。该算法通过湖上试验和海上验证,较传统平均声速算法大幅提高测距精度,有效解决了声线在水下复杂环境中曲线传播的难题,提高了超短基线定位系统的水下测距及定位精度。     

船载水声定位系统自动校准技术研究

在分析常规水声定位系统校准方法的基础上,结合某型船载水声定位系统的工程研制,提出了一种自动校准方法。该方法无需常规的动态或静态校准,可在每次系统安装完成后自动检测及校准。利用基阵中心位置的发射换能器以及船只固定连接杆入水端的发射换能器依次发射校准声信号,将获得的水声定位坐标与上述两个发射换能器固定对应的全球定位系统(Global Positioning System, GPS)天线坐标进行平移和偏转,获得偏移参数矩阵,实现系统校准。某水域的跑船试验验证结果表明,利用该自动校准方法可在两分钟内完成全部自检及校准工作,并且水声定位轨迹与跑船GPS轨迹重合较好,具有校准效率高、测量精度高等优点。     

开阔水域下换能器指向性实船校准方法研究

随着换能器谐振频率的降低,其尺寸一般会增大,现有的测量方法对其指向性的测量越来越困难,而且换能器在实船安装前后性能会发生变化。文章提出了一种基于三维立体水听器阵列的开阔水域下换能器指向性实船校准方法。利用超短基线定位和坐标转换确定待校准换能器与水听器阵列的位置与方向,并通过水听器阵的接收声压数据绘制换能器的指向性图。在湖上试验时分别使用标准测量法和实船校准法测量换能器的指向性,并对5 kHz和2.5 kHz频率下的实验数据进行对比分析,测试结果表明：-3 dB波束宽度误差分别为4.2%和7.4%,均满足水声测量误差低于10%的要求,证明了实船校准法的可行性和有效性。     

一种基于超短基线的高精度多目标水声定位技术研究

超短基线定位系统由于基阵尺寸小、安装方便，在海洋开发中得到了广泛的应用。信号设计是多目标水声定位系统的关键。与常规的跳频序列相比，COSTAS阵列具有良好的相关特性。文中对COSTAS跳频信号进行了分析，仿真结果表明，由它构建的跳频信号有着较好的多目标信号抑制能力，并且可以找到合乎系统要求的多目标信号编码组。试验结果也证明了采用这种基于COSTAS阵列的跳频工作方式较为适合水下多目标声学定位。     

超短基线水下定位的关键技术分析

超短基线水下定位(USBL),是近年来发展很快的新技术,具有基阵和信标体积小,安装和应用方便等突出优点.本文在讨论五基元超短基线水下定位一般性原理的基础上,给出了水下定位解算的数学模型,重点介绍采用特殊的五基元"十"字形平面水听器阵技术和chirp脉冲信号串定位处理技术,分析了其对设备工作稳定性和定位精度的作用.     

双平行线阵的水下二维DOA估计算法

利用集群自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicles,AUV）进行的水下协同作业的需求越来越多。对于水下集群作业来说,AUV的水下定位非常重要。目前,AUV通常采用声学定位的工作模式,利用长、短基线阵对水下目标的二维波达方向（Direction of Arrival,DOA）进行估计,但在小型AUV上,基阵的阵列尺寸等受载体体积和换能器尺寸的共同限制,多信源条件下DOA估计的精度不高。设计低功耗平台,采用双平行线阵及传播算子算法来对多源目标进行二维DOA估计,结合通信与声学定位一体化方法,利用高频通信信号作为定位信号源,实现多信源环境中估计角度自动配对,在阵列尺寸受限的小型AUV上布放时,有较好的DOA估计效果。仿真结果验证了该方法的有效性。     

高精度定位标定系统水下基准方位误差分析

水下基准(换能器)位置的精确测量是高精度定位标定系统的关键技术,它的方位精度直接影响到水声定位系统定位误差的计量。通过详细分析了水下基准安装柱扰曲形变、GPS定位误差、罗经测向误差、纵倾横摇角测量误差对高精度定位标定系统水下基准位置的影响。通过合理的工程数据假设,提出选用误差小于0.15m的高精度GPS,则水下基准的误差将稍大于0.3m的结论,为工程应用上的误差控制提供了可参考的理论数据。     

水声定位系统在海洋工程中的应用

以海洋资源的勘探与开发为主要目的的大洋勘探、海洋开发以及海洋工程中,广泛需要声学定位系统提供水下定位服务。以水声定位技术与系统为关注对象,介绍了水声定位系统的国内外现状、技术发展趋势,以及水声定位系统在海洋油气开发、海底矿石开采、未来海洋空间站以及海底打捞、勘探等作业中的应用需求,并对影响水声定位系统性能的因素进行了分析总结。     

座底式长基线水声跟踪系统校阵方法研究

为了解决座底式长基线水声跟踪系统的高效校阵问题,结合工程项目实际提出一种智能化分组并行校阵方法。该方法利用水下基阵布阵施工时获得的水声及差分全球定位系统(Differential Global Positioning System,DGPS)测量数据为基准,在校阵试验中采用多个水下基阵分组并行校阵的快捷方式,根据自动反馈的测量数据进行校阵误差收敛测量,当满足事先设定的校准误差后,获得水下基阵的精确位置信息,同时完成多个水下基阵的阵型校准。最后,在某水域采用跑船试验的方式进行验证。长基线系统测量的船只航行轨迹与DGPS轨迹重合性好,证明该方法具有智能化程度高、测量精度高、测阵效率及经济性好等优点,具有较高的军事及民用价值。     

嵌入式外部驱动IV型弯张换能器设计

为了减小外部驱动IV型弯张换能器长度,提高此类换能器的实用性,提出在弯张壳长轴方向设计一U型凹槽、驱动单元置于凹槽内驱动的方案。利用有限元软件重点分析U型凹槽尺寸对换能器谐振频率和体积位移的作用规律,同时结合水中模型的发射电压响应,设计了一款谐振频率为2.2 k Hz、-3 d B带宽为330 Hz的嵌入式外部驱动IV型弯张换能器。这种结构的换能器不仅吸收了已有外部驱动IV型弯张换能器的优点,还弥补了其长度尺寸过大的缺陷。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

Enhancement of accuracy of multi-axis machine tools through error measurement and compensation of errors using laser interferometry technique

The present era is witnessing advancement in digital electronics and microprocessor which enables manufacturing sector capable to produce complex components within small tolerance zone in the tune of nanometre and at one machining center. All motion control systems have some form of position feed back system fitted with the machine. Such systems are not generally accurate due to the errors in the positioning performance of the machine tool which will change over time to time due to wear, damage and environmental effects. The complex structure of multi-axis CNC machine tools produce an inaccuracy at the tool tip caused by kinematic parameter deviations resulting in manufacturing errors, assembly errors or quasi-static errors. Analysis of these errors using a laser measurement system provides the manufacturers a way to achieve better accuracy and hence higher quality output from these processes. In this communication, techniques to measure the linear positional errors of axes of CNC machine tools by a laser interferometer calibration system and accuracy enhancement using the data obtained from the calibration cycle by feeding into the machine’s controller with the help of linear error compensation package are discussed.     

基于矢量运算的换能器指向性图修正方法

换能器的指向性测试是其声学性能测试的基本项之一。文章对换能器的指向性测试时,声中心与机械装置的旋转中心存在偏差的情况进行分析,并采用极坐标下矢量运算的方法进行理论分析和仿真,得出该偏差会直接对测试结果引入幅度与角度偏差,使全指向性换能器指向性图形成类似心形的指向性图,并得到了一种换能器指向性图修正方法。实测结果表明：当声中心与机械装置的旋转中心存在偏差时,换能器指向性响应测试及指向性开角的判读会存在偏差,同时文中提出的指向性图修正方法对此工况下的测试结果有较好的修正效果,有助于提高水声换能器指向性测量的精度,且具有良好的工程适用性。