哈工程自主研发超短基线定位系统
2014-10-24 10:47:18 来源：中国船舶与海洋工程网信息中心

前不久，“蛟龙”号完成历时52天、航程9000余海里的科考任务回国。在2014年试验性应用航次第一航段的科考任务中，由哈尔滨工程大学自主研发的国产高精度“超短基线定位系统”首次在“蛟龙”号上亮相，因其稳定可靠的定位功能备受瞩目。该系统打破了国外技术垄断格局，将继续为“蛟龙”号开展的后续试验性应用提供定位服务。

哈尔滨工程大学水声工程学院孙大军教授团队历时12年，创新性地发展了由“声学换能器基阵设计与阵元误差校准技术”、“宽带声学信号设计与抗干扰检测技术”和“系统安装偏差标校及定位精度评估技术”等一系列具有自主知识产权的关键技术构成的超短基线定位系统完整技术体系。

在幽深的海底，要想知道潜水器所在的位置并不容易。因为无线电波在水中的快速衰减使GPS的定位手段无计可施。声波是目前最有效的水下远距离传播的信息载体，在水中，只有声波可远距离传播而很小衰减，因而声学定位系统在水下既可进行水声通信，又可定位水下物体。

超短基线定位系统是现代海洋调查作业船只必不可少的基础性水下定位保障设备，为配备水声应答器的水下各类载体（如水下机器人、声学拖体等）、海洋工程作业等，提供水下高精度定位服务。该系统由声信标、超短基线基阵、信号处理系统、人机交互的显示平台、升降机构等五部分构成。其工作原理，简言之，就是在水下被定位的目标上，安装声信标，水上的船体安装超短基线基阵，声信标发出声信号，超短基线系统接收到信号后测算出目标的方位及距离。

以“蛟龙”号为例，当其身处海底时，在水下每8秒向母船发出一次的声学信号，信号到达母船上的超短基线定位系统各接收传感器时会有先后顺序，利用这种时延差，超短基线系统就能计算出“蛟龙”号的具体位置、所处的深度以及与母船的距离。

孙大军教授团队从2002年开始进行相关研究，2006年研发成功国内首台深海超短基线定位系统样机，首次在南海3700米水深获得最大8.6km斜距、最高2‰-3‰斜距精度的定位结果。2012年研发成功国内首台工程样机，2013年研发成功国内首台定位系统产品，改变了科考船(船型 船厂 买卖)在定位系统维护、升级和出口许可限制等方面面临的被动局面。同时，国产系统在海试和应用中表现出的作用距离远、数据有效率高和定位结果持续、稳定等优点，此外，国产系统还表现出兼容国外声应答器信号体制的独特优点，使得科考船海上调查作业效率和质量大为提高。该系统目前已在国内“大洋一号”、“科学号”、“向阳红九号”等科考船上安装，市场前景巨大。

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声学定位系统分为长基线、短基线和超短基线三类。基线，就是声学基阵中基元之间的连线。举例说，当用一只耳朵听声音时，人们无法判断声音方位的，而用双耳听声音就能准确辨别到声源位置。超短基线的接收传感器就类似于人类的耳朵，两耳之间的距离就相当于基线。长基线系统的信标之间相距几公里到几十公里，基线越长，精度越高，虽然它定位精度更高，但潜水器进行水下精确作业时，需要在海底布阵，复杂且受限。短基线系统基线长度为几米到几十米。此次测试的超短基线系统，接收传感器之间仅相距几十厘米，它最大的优势在于便于安装、应用灵活。