本發(fā)明涉及聲納定位，尤其是涉及一種簡(jiǎn)易的水聲定位方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線電波和光波在海水中傳播時(shí)都要受到嚴(yán)重的衰減。聲波是目前已知的海洋導(dǎo)航、定位、探測(cè)和通信的唯一手段。傳統(tǒng)的水下被動(dòng)定位系統(tǒng)一般需要多個(gè)基元對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位，例如三子陣法和球面內(nèi)插法，這種方法利用聲信號(hào)到達(dá)時(shí)間或相位進(jìn)行測(cè)距，對(duì)基陣布陣精度要求高，系統(tǒng)復(fù)雜，測(cè)距距離不遠(yuǎn)，精度難以與陸上定位相比擬。

在建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程中，我國(guó)海洋工作者經(jīng)常需要在深海布放回收潛標(biāo)海洋環(huán)境觀測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由觀測(cè)儀器、凱芙拉繩、浮球、聲學(xué)釋放器和錨系沉塊組成，潛標(biāo)工作一段時(shí)間(數(shù)天至數(shù)年)后聲學(xué)釋放器將錨系沉塊釋放，浮球?qū)⒂^測(cè)儀器和凱芙拉繩帶回海面。這是正常的情況。如果由于種種不明的原因，聲學(xué)釋放器不能釋放或是甲板單元顯示已正常釋放，但錨系沉塊無(wú)法釋放，導(dǎo)致觀測(cè)儀器、凱芙拉繩、聲學(xué)釋放器和浮球等無(wú)法上浮，造成數(shù)天至數(shù)年的海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)和昂貴的海洋觀測(cè)設(shè)備無(wú)法回收。

中國(guó)專(zhuān)利cn105388457a公開(kāi)一種基于等效聲速梯度的長(zhǎng)基線水聲定位方法，屬于水聲定位導(dǎo)航領(lǐng)域，采用長(zhǎng)基線水聲定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由搭載在目標(biāo)物上的收發(fā)換能器發(fā)射定位信號(hào)，布設(shè)在海底的應(yīng)答器基陣接收并返回應(yīng)答信號(hào)，測(cè)量聲信號(hào)從發(fā)射到返回的傳播時(shí)間，由安裝在收發(fā)換能器和海底應(yīng)答器上的微型聲速儀實(shí)時(shí)測(cè)量聲速值；根據(jù)等效聲速剖面原理，利用歷史聲速剖面計(jì)算初始值搜索等效聲速梯度，當(dāng)換能器到應(yīng)答器、應(yīng)答器到換能器往返傳播距離相等時(shí)，確定等效聲速梯度值，并計(jì)算出目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。本發(fā)明不需要準(zhǔn)確的聲速剖面，甚至不需要聲速剖面，有效消除了聲速剖面代表性誤差的影響，提高了水下目標(biāo)定位的精度。

中國(guó)專(zhuān)利cn105905244a公開(kāi)一種自守位聲納定位浮標(biāo)，所述的自守位聲納定位浮標(biāo)的水聲換能器電子艙的外側(cè)設(shè)置有浮體，殼體包括兩個(gè)弦長(zhǎng)不同的翼形結(jié)構(gòu)殼體，兩個(gè)翼形結(jié)構(gòu)殼體同軸連接，水聲換能器電子艙、浮體和舵機(jī)均設(shè)置在弦長(zhǎng)大的翼型結(jié)構(gòu)殼體內(nèi)，水聲換能器電子艙的外側(cè)設(shè)置有浮體，浮體上側(cè)設(shè)置有舵機(jī)，舵機(jī)帶動(dòng)舵板擺動(dòng)，所述舵板設(shè)置在弦長(zhǎng)大的翼型結(jié)構(gòu)殼體的后側(cè)，弦長(zhǎng)大的翼型結(jié)構(gòu)殼體的左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有穩(wěn)定翼，所述兩個(gè)穩(wěn)定翼的下側(cè)均設(shè)置有主推進(jìn)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為解決上述問(wèn)題，提供適用于深海潛標(biāo)系統(tǒng)聲學(xué)釋放器無(wú)法正常釋放后對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急定位的一種簡(jiǎn)易的水聲定位方法。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)在離潛標(biāo)系統(tǒng)最遠(yuǎn)二倍距離處任選一個(gè)方位角，開(kāi)始試探測(cè)線測(cè)量，保持航向，期間將發(fā)射換能器沉入海中，間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷，獲得斜距數(shù)據(jù)；

2)將斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在海圖上，當(dāng)斜距數(shù)據(jù)從大到小，又變大時(shí)，停止斜距測(cè)量，然后通知駕駛室停船，在最小斜距值位置畫(huà)試探測(cè)線的垂線，所述垂線為確定測(cè)線；若沒(méi)有出現(xiàn)最小斜距值，但存在二組相近的較小斜距值，則取這二組斜距值的中間位置試探測(cè)線的垂線，所述垂線為確定測(cè)線；

3)開(kāi)展確定測(cè)線測(cè)量，要求船舶保持一個(gè)航向，間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷，診斷策略同步驟1)；

4)將確定測(cè)線上得到的斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在海圖上，當(dāng)斜距數(shù)據(jù)從大到小又變大時(shí)，停止斜距測(cè)量，在最小斜距值位置畫(huà)確定測(cè)線的垂線，所述垂線為驗(yàn)證測(cè)線；若沒(méi)有出現(xiàn)最小斜距值，但存在二組相近的較小斜距值，則取這二組斜距值的中間位置確定測(cè)線的垂線，所述垂線為驗(yàn)證測(cè)線；

5)開(kāi)展驗(yàn)證測(cè)線測(cè)量，要求船舶保持一個(gè)航向，間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷，診斷策略同步驟1)；同時(shí)將驗(yàn)證測(cè)線上得到的斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在海圖上，通常在驗(yàn)證測(cè)線與確定測(cè)線相交的位置上出現(xiàn)斜距最小值，或二組相近的較小斜距值，即為潛標(biāo)系統(tǒng)移動(dòng)后的位置，水聲定位工作完成。

在步驟1)中，所述保持航向船舶保持航向，航速1節(jié)左右，數(shù)分鐘發(fā)射問(wèn)詢信號(hào)1次，逐步獲得多組斜距數(shù)據(jù)；若由于船舶輻射噪聲干擾，導(dǎo)致甲板單元收不到斜距數(shù)據(jù)，可增加發(fā)射換能器的入水深度；若甲板單元仍沒(méi)有收到斜距數(shù)據(jù)，可通知駕駛室停船降低船舶輻射噪聲干擾，然后開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距測(cè)量。

在步驟2)中，所述當(dāng)斜距數(shù)據(jù)從大到小又變大時(shí)，至少連續(xù)三組斜距數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì)。

在步驟3)中，所述保持一個(gè)航向的航速可為1節(jié)。

在步驟4)中，所述當(dāng)斜距數(shù)據(jù)從大到小又變大時(shí)至少連續(xù)三組斜距數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì)。

在步驟5)中，所述保持一個(gè)航向的航速可為1節(jié)。

為實(shí)現(xiàn)深海潛標(biāo)系統(tǒng)的被動(dòng)應(yīng)急定位，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：聲學(xué)釋放器，與之相配套的甲板單元、收發(fā)換能器和簡(jiǎn)易水聲定位方法。其中，甲板單元具備問(wèn)詢脈沖發(fā)射、返回脈沖接收和斜距測(cè)量顯示功能，聲學(xué)釋放器處于海面之下5000米左右，能接收問(wèn)詢聲信號(hào)，發(fā)送應(yīng)答聲脈沖。

本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)定位系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要超短基線這種復(fù)雜的系統(tǒng)；

2)定位不需要對(duì)船舶全球定位數(shù)據(jù)開(kāi)展復(fù)雜的解算；

3)實(shí)施簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中水聲定位方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的海上工作和定位結(jié)果做進(jìn)一步說(shuō)明：

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的簡(jiǎn)易的水聲定位方法，其步驟是：

步驟一：在離潛標(biāo)系統(tǒng)最遠(yuǎn)二倍距離處a點(diǎn)，以航速1節(jié)，航向正北行駛，開(kāi)始“試探測(cè)線”的測(cè)量，圖中為a、b。間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷。將發(fā)射換能器沉入海中，一般3min發(fā)射問(wèn)詢信號(hào)1次，逐步獲得20組斜距數(shù)據(jù)。若由于船舶輻射噪聲干擾，導(dǎo)致甲板單元收不到斜距數(shù)據(jù)，可增加發(fā)射換能器的入水深度；若甲板單元仍沒(méi)有收到斜距數(shù)據(jù)，可通知駕駛室停船降低船舶輻射噪聲干擾，然后開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距測(cè)量。

步驟二：將斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在自動(dòng)船舶識(shí)別接收與記錄系統(tǒng)(以下稱“ais”系統(tǒng))上，當(dāng)系統(tǒng)屏幕上出現(xiàn)斜距數(shù)據(jù)從大到小又變大(至少連續(xù)三組斜距數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì))時(shí)，停止斜距測(cè)量，停止點(diǎn)記為b點(diǎn)，最小斜距值位置記為o點(diǎn)；在o點(diǎn)位置畫(huà)“試探測(cè)線”的垂線，此垂線為“確定測(cè)線”，圖中為c、d；若沒(méi)有出現(xiàn)最小斜距值，但存在二組相近的較小斜距值，則取這二組斜距值的中間位置為o點(diǎn)，在o點(diǎn)上作“試探測(cè)線”的垂線，此垂線為“確定測(cè)線”。

步驟三：船舶從c點(diǎn)開(kāi)始“確定測(cè)線”測(cè)量。仍然要求船舶盡可能保持一個(gè)航向，航速1節(jié)左右，間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷，診斷策略同步驟一。

步驟四：將“確定測(cè)線”上得到的斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在“ais”系統(tǒng)上，當(dāng)系統(tǒng)屏幕上出現(xiàn)斜距數(shù)據(jù)從大到小又變大(至少連續(xù)三組斜距數(shù)據(jù)呈增大趨勢(shì))時(shí)，停止斜距測(cè)量，停止點(diǎn)記為h點(diǎn)，最小斜距值位置記為g點(diǎn)；在g點(diǎn)位置畫(huà)“確定測(cè)線”的垂線，此垂線為“驗(yàn)證測(cè)線”，圖中為e、f；若沒(méi)有出現(xiàn)最小斜距值，但存在二組相近的較小斜距值，則取這二組斜距值的中間位置為g點(diǎn)，在g點(diǎn)上作“確定測(cè)線”的垂線，此垂線為“驗(yàn)證測(cè)線”。

步驟五、船舶從h點(diǎn)轉(zhuǎn)向駛向e點(diǎn)，從e點(diǎn)開(kāi)始“驗(yàn)證測(cè)線”測(cè)量。仍然要求船舶盡可能保持一個(gè)航向，航速1節(jié)左右，間隔開(kāi)展?jié)摌?biāo)聲學(xué)釋放器斜距診斷，診斷策略同步驟一。同時(shí)將“驗(yàn)證測(cè)線”上得到的斜距數(shù)據(jù)同步畫(huà)在“ais”系統(tǒng)上；若在“驗(yàn)證測(cè)線”與“確定測(cè)線”相交的位置上出現(xiàn)斜距最小值，或二組相近的較小斜距值，即可證明此時(shí)的位置(圖中g(shù)點(diǎn))即為潛標(biāo)系統(tǒng)移動(dòng)后的位置。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，由于海況原因，船舶以一節(jié)的速度難以保持直線航行，故三條測(cè)線并不成直線，斜距也不呈單調(diào)下降，但總的趨勢(shì)是正確的。另外驗(yàn)證測(cè)線也不必與確定測(cè)線保持垂直，原則上只要驗(yàn)證測(cè)線通過(guò)目標(biāo)點(diǎn)即可。該實(shí)施例恰恰說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施的簡(jiǎn)便性和實(shí)用性。甲板單元與聲學(xué)釋放器的距離越遠(yuǎn)，水下聲線彎曲越厲害，測(cè)出的斜距差別越大，具備放大效應(yīng)，實(shí)施起來(lái)更容易判讀斜距的最小值。

本實(shí)施通過(guò)聲學(xué)釋放器，與之相配套的甲板單元、收發(fā)換能器開(kāi)展簡(jiǎn)易水聲定位。與傳統(tǒng)的超短基線定位相比，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單便宜、定位不需要船舶全球定位數(shù)據(jù)復(fù)雜的解算、專(zhuān)利實(shí)施簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。