短基线声学定位系统

4.3.2　短基线声学定位系统

短基线系统的水下部分仅需要一个水声应答器，而船上部分则是安置于船底部的一个水听器基阵。换能器之间的距离一般超过10m，换能器之间的相互关系精确测定，并组成声基阵坐标系。

基阵坐标系与船体坐标系间的相互关系由常规测量方法确定。

短基线声学定位系统的测量方式是由一个换能器进行发射，所有换能器进行接收，得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值。系统根据基阵相对船体坐标系的固定关系，结合外部传感器观测值，如GPS确定的换能器位置、动态传感器单元MRU测量的船体姿态、罗经Gyro提供的船位，计算得到海底点的大地坐标。系统的工作方式是距离测量。短基线声学定位系统的设备框图如图4-7所示。

图4-8显示了短基线声学定位系统的单元配置。图中H₁、H₂和H₃为水听器(接收换能器)，O为换能器(同时也是船体空间直角坐标系的中心)，水听器呈正交布设，H_l和H₂之间的基线长度为b_x，指向船艏，即x轴方向。H₂和H₃之间的基线长度为b_y，平行于指向船右的y轴，z轴指向海底。设声线与三个坐标轴之间的夹角分别为θ_mx，θ_my和θ_mz，而Δt₁和Δt₂分别为H₁和H₂以及H₂和H₃接收的声信号的时间差(图中仅以H₁和H₂为例)。短基线定位的几何意义如图4-8所示。

短基线定位既可按测向方式定位，称为方位-方位法，又可按测向与测距的混合方式定位，称为方位-距离法。

1.方位-方位法

由图4-8得:

图4-7　短基线设备框图

式中z为水听器阵中心与水下应答器间的垂直距离，ΔΦ_x与ΔΦ_y分别为H₁和H₂以及H₂和H₃所接收的信号之间的相位差。

图4-8　短基线的配置

2.方位-距离法

根据空间直线OP与各个坐标系的夹角以及OP的长度，由图4-9可直接得出P点在船体坐标系中的坐标(x，y，z)。

短基线的优点是集成系统价格低廉、系统操作简单、换能器体积小，易于安装。缺点是深水测量要达到较高的精度，基线长度一般需要大于40m。此外，系统安装时，换能器需在船坞上严格校准。