GYROUSBL在深海水下定位中的应用
超短基线定位原理
超短基线定位原理
超短基线定位（Ultra-Short Baseline，简称USBL）是一种海洋定位技术，它利用声波传播的特性，在水下环境中进行位置的测量。
USBL定位系统主要由发射器、接收器、控制器和计算机组成，其原理是通过发射一定频率的声波信号，然后由接收器接收到反射回来的信号，通过测量声波的传播时间和信号的强度等参数，可以计算出声波信号发射器和接收器之间的距离和方向。
在进行USBL定位时，需要将发射器安装在水下航行器上，接收器则安装在水下固定点上，通过发射器和接收器之间的声波信号进行交互，可以精准地测量出航行器的位置。
此外，通过同时使用多个接收器和发射器，可以进一步提高定位精度。
USBL定位技术具有定位精度高、适用范围广等优点，在海洋勘探、水下作业、海洋科学研究等领域得到了广泛的应用。
目前，USBL定位技术已成为海洋勘探和水下作业中的重要手段之一。
水下定位系统(USBL)
THANKS
感谢观看
和应用。
数据传输
通过有线或无线方式将定位数据 实时传输到上位机或控制中心，
实现远程监控和管理。
数据接口
提供标准的数据接口，方便与其 他系统进行集成和数据共享。
04
USBL系统性能指标评价方法
定位精度指标分析
均方根误差(RMSE)
衡量定位精度的常用指标，计算预测位置与实际位置之间的欧氏距离的平均值。
USBL定位算法
到达时间差（TDOA）定位算法
通过测量声波到达不同接收阵元的时间差，结合阵列的几何关系和声速信息，解算出目标 的位置。
到达角度（AOA）定位算法
利用阵列信号处理技术估计出声波到达阵列的方位角和俯仰角，进而确定目标的位置。
联合TDOA和AOA定位算法
同时利用TDOA和AOA信息，构建联合定位方程组，提高定位精度和稳定性。
深度学习算法应用
通过深度学习算法对传感器数据进行处理和分析 ，提高水下定位系统的智能化水平。
新型水声通信技术
采用高速、高效的水声通信技术，实现水下定位 系统与水面支持设备之间的实时数据传输。
智能化、自主化发展趋势
自主导航技术
结合惯性导航、地形匹配等自主导航技术，提高水下定位系统的 自主性和适应性。
最大正负差(Max/Min Error)
表示定位结果中最大正偏差和最大负偏差，用于评估系统的极端误差情况。
圆概率误差(CEP)
以50%的概率落在以真实位置为圆心、半径为CEP的圆内的定位误差。
稳定性指标评估
01
重复定位精度
在相同条件下，多次定位结果的 一致性程度，反映系统的稳定性 。
漂移误差
02
03
水下定位系统(USBL)
深海探测器的自主导航技术与应用研究与分析
深海探测器的自主导航技术与应用研究与分析在人类探索海洋的进程中，深海探测器扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断进步，深海探测器的自主导航技术也取得了显著的发展，为我们深入了解神秘的深海世界提供了有力的支持。
深海环境极为复杂和恶劣，压力巨大、温度极低、光线微弱，这给深海探测器的导航带来了巨大的挑战。
在这样的环境下，传统的导航方法往往难以奏效，因此，发展先进的自主导航技术成为了必然的选择。
目前，常见的深海探测器自主导航技术主要包括惯性导航、声学导航、地球物理场导航以及组合导航等。
惯性导航是一种不依赖外部信息的自主导航方式，通过测量探测器的加速度和角速度来推算其位置和姿态。
然而，惯性导航存在误差积累的问题，长时间工作后精度会逐渐降低。
声学导航则是利用声波在海水中的传播特性来实现导航。
例如，长基线声学导航系统通过在海底布设多个声学基站，探测器接收基站发射的信号来确定自身位置。
这种导航方式精度较高，但系统复杂，成本昂贵，而且容易受到海洋环境噪声的干扰。
地球物理场导航是基于海洋中地球物理场的特征来进行导航，如地磁场、重力场等。
这种导航方式具有自主性强、隐蔽性好等优点，但地球物理场的测量精度和模型精度对导航效果有较大影响。
为了克服单一导航技术的局限性，组合导航技术应运而生。
将惯性导航与声学导航、地球物理场导航等相结合，可以充分发挥各种导航技术的优势，提高导航系统的精度和可靠性。
深海探测器自主导航技术的应用领域非常广泛。
在海洋科学研究方面，它能够帮助科学家精确地测量海洋物理、化学和生物等参数，深入了解海洋的生态系统和气候变化。
例如，通过自主导航，探测器可以按照预定的轨迹采集不同深度的水样，分析其中的化学成分和微生物群落，为研究海洋的物质循环和生态平衡提供重要的数据。
在资源勘探方面，深海蕴含着丰富的矿产资源和能源，如石油、天然气、锰结核等。
深海探测器的自主导航技术可以使勘探设备准确地到达目标区域，进行高效的资源探测和评估。
免标定便携式高精度全球超短基线水下定位系统(USBL)-GAPS-劳雷海洋
超短基线声学定位（USBL）解决方案: GAPS
北京劳雷海洋仪器
独特特点：
独特性能：
配备优势：
集成高精度光纤级惯导系统，能为水面母船提供精确的姿态数据，可直接用于母船多波束测深系统等设备；同时高精度超短基线功能，可为水下载体和结构物提供精确定位数据。
而一体化且已标定集成固件，使系统在现场无需进行标定，可便携式安装并快速输出数据，大大节省海上作业时间。
主要应用：
海上，AUV和ROV导航，水下测量和检查，钻井，动力定位（DP），结构物安装，管道和缆线布防，潜水员跟踪，地震，海洋科学，防卫系统，新能源领域
技术优势：
产品革新：集成USBL，高等级INS，实时定位和GPS技术，多用途的GAPS 能最大限度地满足海面和水下定位及导航的要求；
技术先进：采用先进信号处理技术和3D声学天线，定位精度可达0.06%斜距，适用范围覆盖10米极浅水至4000米深水
使用方便：一体化便携式结构，无须标定，可快速简便投放，节约时间和成本
主要技术指标：
水下定位
定位精度：0.06%*斜距
有效距离：4000m
覆盖范围：200º(以换能器为中心200°半球形范围内)
水面定位
艏向精度：0.01°
横摇/纵摇精度：0.01°
GAPS系统（内含惯导），为便携式系统，无需标定,重新安装即装即用!!!
水下调查及作业时，Ixblue公司GAPS等产品典型应用。
无人机在海底资源勘探中的应用
无人机在海底资源勘探中的应用摘要：无人机在海底资源勘探中的应用随着科技的不断进步，无人机的应用越来越广泛。
在海底资源勘探领域，无人机也发挥着重要的作用。
本文将围绕无人机在海底资源勘探中的应用进行探讨和分析。
首先，无人机可以通过搭载各种传感器和设备，对海底矿产资源进行探测和勘探。
无人机可以利用高精度定位系统，对海底地貌进行测绘，帮助矿产勘探者了解地质情况，提供基础数据支持。
同时，无人机还可以搭载声纳设备，通过声纳波的反射和回波分析，实现对海底矿物储量和种类的初步判断和分析。
此外，无人机还可以搭载光学和电磁设备，通过陆地或卫星接收器接收反射或辐射的信息，并进行图像分析和处理，从而对海底资源的分布和特征进行更加准确的判断。
其次，无人机在海底资源勘探中的应用还体现在探测设备的放置和维护上。
在传统的勘探方式中，人工搭建设备成本高昂且效率低下，而无人机可以通过空中投放和精确控制，快速安装和布设探测设备。
此外，无人机还可以通过视觉和传感器信息，对探测设备进行智能监测和维护，在设备损坏或故障时及时报警和修复，提高勘探效率并降低成本。
无人机在海底资源勘探中的应用还体现在数据收集和传输上。
无人机可以携带大容量的存储设备，实现高清图像、视频和数据的采集和储存。
同时，无人机也可以通过无线网络和卫星通信，将数据及时传输到陆地指挥中心，供相关人员实时分析和决策。
总结起来，无人机在海底资源勘探中的应用可以大大提高勘探效率、降低成本和风险。
然而，目前无人机在海底资源勘探中的应用还存在一些技术和法律等方面的挑战，需要不断加强研发和制定相关和规范。
相信随着技术的进步和应用的推广，无人机在海底资源勘探中的应用将发挥越来越重要的作用。
关键词：无人机；海底资源勘探；探测；勘探效率；数据收集和传输.。
水下机器人在海洋资源勘探中的新技术应用
水下机器人在海洋资源勘探中的新技术应用海洋，覆盖了地球表面的约 70%，蕴含着丰富的资源，如石油、天然气、矿产、生物资源等。
然而，海洋环境复杂、恶劣，对人类的直接勘探和开发带来了巨大的挑战。
水下机器人的出现和不断发展，为海洋资源勘探带来了新的希望和可能。
它们凭借先进的技术，能够深入海洋深处，获取宝贵的数据和信息，为资源的开发和利用提供了重要的支持。
水下机器人，也被称为无人遥控潜水器（ROV）或自主式水下航行器（AUV），是一种能够在水下自主或遥控操作的智能化设备。
在海洋资源勘探中，水下机器人发挥着越来越重要的作用，其新技术的应用也在不断拓展和深化。
在传感器技术方面，水下机器人配备了一系列高精度、高灵敏度的传感器。
例如，多波束测深仪能够快速、准确地测量海底地形，绘制出详细的海底地貌图；侧扫声纳可以探测海底的地质结构和物体分布；磁力仪则用于测量海底磁场，帮助寻找磁性矿产资源。
这些传感器的性能不断提升，数据精度和分辨率越来越高，为海洋资源勘探提供了更加准确和丰富的信息。
视觉技术的应用也是水下机器人的一大亮点。
高清摄像机和先进的图像处理技术，使得水下机器人能够拍摄清晰的海底图像和视频。
通过计算机视觉算法，对这些图像和视频进行分析和处理，可以识别出海底的矿产露头、生物群落、沉船等目标。
同时，水下机器人还可以利用激光扫描技术，构建三维海底模型，更加直观地展示海底的形态和特征。
在动力与推进技术方面，新型的能源系统和高效的推进器使得水下机器人的续航能力和作业范围大大增加。
例如，采用锂电池或燃料电池作为能源，能够提供更长时间的动力支持；而无刷直流电机和喷水推进器等先进的推进技术，则提高了水下机器人的运动性能和操控性。
此外，一些水下机器人还具备自主充电和能源管理功能，能够在作业过程中根据能源状况自动调整工作模式，提高能源利用效率。
通信技术的进步也为水下机器人的应用带来了便利。
传统的水下通信方式存在着数据传输速率低、距离有限等问题。
深拖水下定位系统解析
《深拖水下定位系统解析》摘要：DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;navigation and positioning，USBL水下声学定位系统是工程勘察作业公司引进专用于深水拖曳设备定位，该系统具有定位精度高，跟踪目标距离远的特点，有效提高深水井场调查深拖作业数据采集质量，2系统进行水下定位， Ranger 2水下定位系统校准后拖体轨迹对比见图2陈小冬摘要：中国海洋石油油气勘探开发不断向深海推进，海洋工程勘察起着越来越重要作用。
USBL水下定位系统广泛应用于海洋工程勘察的各个领域。
本文通过介绍海洋工程勘察深水装备深拖DT-1系统采用Ranger 2 USBL定位方法，阐述其技术特点，为提高水下拖曳装备定位精度提供一种思路。
关键词：深拖DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;导航定位Abstract： China"s offshore oil and gas exploration and development are constantly advancing into the deep sea， and marine engineering exploration is playing an increasingly important role. USBL underwater positioning system is widely used in various fields of marine engineering survey. This article introduces the Ranger 2 USBL positioning method for the deep towed DT-1 system of offshore engineering survey deep water equipment， and expounds its technical characteristics， providing a way to improve the positioning accuracy of underwater towed equipment.Key words： deep drag DT-1;Ranger 2 Gyro USBL;navigation and positioning0 引言EDGETECH公司的2400 DT-1 深拖系统是一套成熟的、目前在全世界有大量用户的深海拖曳系统，系统可以在一次拖曳作业中获得多波束测深数据、侧扫声呐数据、浅地层剖面数据以及其他传感器数据如声速数据、压力传感器数据等。
深海探测技术的应用案例分析
深海探测技术的应用案例分析深海，这片神秘而广阔的领域，蕴藏着无尽的奥秘和资源。
随着科技的不断进步，深海探测技术得以迅速发展，为人类揭开了深海的神秘面纱，并在多个领域展现出了重要的应用价值。
在资源勘探方面，深海探测技术发挥着关键作用。
以深海石油和天然气的勘探为例，先进的地震勘探技术能够精确地描绘海底地质结构，帮助地质学家识别潜在的油气储层。
通过使用多波束测深系统、侧扫声纳等设备，对海底地形进行详细测绘，为钻井平台的选址提供了重要依据。
例如，在墨西哥湾的深海油气勘探中，高精度的海底测绘技术使得勘探公司能够发现深埋在海底数千米以下的大型油气田。
这些油气资源的发现不仅为能源供应提供了新的保障，也促进了当地经济的发展。
深海矿产资源的勘探也是深海探测技术的重要应用领域之一。
多金属结核、富钴结壳、深海热液硫化物等矿产资源在深海中广泛分布。
深海拖网、深海采样器等设备能够采集海底的岩石和沉积物样本，通过化学分析确定其中的矿物质成分和含量。
在太平洋的某些区域，深海探测技术的应用使得科学家们发现了大规模的多金属结核矿场，为未来的矿产开发奠定了基础。
在科学研究方面，深海探测技术为我们深入了解地球的演化、海洋生态系统以及气候变化等提供了宝贵的资料。
深海热液喷口是地球上独特的生态系统之一，那里的生物依靠化学反应产生的能量生存。
借助深海潜水器，科学家能够直接观察热液喷口周围的生物群落，研究它们的独特适应性和生态关系。
同时，对热液喷口周围的水样和岩石样本进行分析，有助于揭示地球内部的化学过程和地质活动。
深海沉积物中的微体化石和同位素记录也是研究地球历史和气候变化的重要线索。
通过深海钻探技术获取的岩芯样本，科学家可以分析不同时期的气候和环境变化。
例如，在对南极附近深海沉积物的研究中，发现了冰期和间冰期的交替对海洋环流和生物生产力的影响，进一步加深了我们对全球气候变化机制的理解。
深海探测技术在军事领域也具有重要意义。
深海环境复杂，声波传播特性独特，为潜艇的隐蔽和作战提供了有利条件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GYROUSBL在深海水下定位中的应用
摘要：声学定位系统（Acoustic Positioning System）的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查和水下施工中起着重要作用。
本文以某品牌超短基线定位系统为例，就超短基线（Ultra Short BaseLine）声学定位系统的原理、应用范围等几个方面展开讨论，同时介绍了高精度超短基线工程中的实际应用，对使用过程中影响定位性能的主要因素进行了简单分析。
关键词：超短基线水下定位
1概述
20世纪90年代以来，世界先进国家的海洋调查技术手段逐步成熟与完善，其中超短基线（简称USBL）水下设备大地定位技术也获得了长足的发展。
高精度水下定位系统具有广泛的用途，在海洋探测研究、海洋工程、水下建筑物施工、潜水员水下作业、水下考古、海洋国防建设等方面，都离不开水下定位系统为其提供高精度、高质量的定位资料，因此高精度水下定位技术对维护国家领土权益和国民经济建设都具有重要意义。
1．1关于水下声学定位系统
20世纪50～60 年代，在国际上，随着光、声、磁等技术的不断发展，在大力开发海洋自然资源和海洋工程的进程中，水下探测技术得到了较大发展，相继开发了一系列先进的、高效能的水下探测设备：在各种水下检测的光、声、磁技术中，由于水下光波衰减很快，即使是波长最长、传播最远的红外光波在水中传播到了几米以后也衰减完了，而声波和电磁波在水中有良好的传播性，因而，声呐、磁探和超短基线成为水下检测的有效方法。
声学定位系统最初是在19世纪60年代的时候被开发出来用于支持水下调查研究。
从那时起，这类系统便在为拖体，ROV等水下目标的定位中成为了重要角色。
声学定位系统能够在有限的区域内提供非常高的位置可重复精度，甚至在远离海岸。
对大多数用户来说，可重复性精度要比绝对精度重要。
在声学定位系统中，有3种主要的技术：长基线定位（LBL），短基线定位（SBL），和超短基线定位（SSBL/USBL），有些现代的定位系统能组合使用以上技术。
长基线（LBL）:长基线定位能在宽广的区域内提供高精度的位置，它需要至少3个应答器组成的阵列部署在海底上的已知点上，水面舰只安装一个换能器。
换能器测量
出到水底应答器的斜距，从而计算出自身的坐标位置。
短基线（SBL）：短基线定位需要在舰船上安装至少3个换能器阵，换能器之间的位置关系为已知，应答器安装在需要定位的目标上，舰船上的多个换能器测量出到同一
个应答器的距离，从而计算出目标的位置。
超短基线（SSBL/USBL）:超短基线定位的船载换能器中，有至少3个单元，应答器安装在
需要定位的目标上，换能器测量出到应答器的水平和垂直角度及斜
距
“
这三种不同方式的声学定位系统中，长基线定位（LBL）定位精度最高，但是水底布设高精度定位已知点的施工难度大且费用较高，一般使用在石油平台监测、水下考古打捞等需要高精度定位的工程。
短基线定位（SBL）需要对船体进行改造，才能放置换能器基阵，对船只的要求使短基线的应用受一定的限制。
因此，超短基线声学定位系统（SSBL）的优势是很明显的：只需要在船舶上安装一个换能器及其电子单元，就可以提供高精度的声学定位。
1.2超短基线定位的基本工作原理
超短基线水下声学定位系统是根据声波在水中传播的速度往返时间测量距离和同时测量相位差的方法进行定位，即是在水下发射声波信号，依其水听器接收阵的多个单元，按等边三角形（或直角）布阵，水听器之间距离只有几厘米，将其设计装在一个部件中，按三角形所在平面，当做基准坐标系的平面，通过测量对比水听器单元接收的声波信号彼此之间的相位差确定应带其相对船艏的方位，同时测量斜距S=1/2vt,即可计算出水下应答器位置的坐标。
以HPR410P为例，在SSBL中，船载换能器向应答器发射脉冲讯问信号，应答器接收到讯问脉冲信号后，发射不同于讯问信号的应答脉冲信号。
系统内位置的计算依据测量应答器的距离和方位，解算出应答器相对于船载换能器三维空间海底位置的坐标。
超短基线定位系统一般由声学测量设备和数据采集处理设备两大部分组成。
声学测量设备由安装在船体的声学换能器和安装在水下的声学应答器组成，声学换能器发射声波信号至应答器，应答器接在收到讯问信号后，发射区别于讯问信号的响应信号回换能器，响应信号经由通讯电缆传输给数据采集处理设备，做进一步加工处理和计算，得到应答器相对于换能器的空间位置和深度。
超短基线声学定位原理
2 超短基线定位的应用范围
2.1为潜水员水下作业提供高精度定位信息，确保潜水员的安全。
对在建和已建长江干线航道整治工程的水下检测目前还处于起步阶段。
在以往的航道施工中，水下建筑物的施工质量检测，主要是靠施工过程中的施工管理和水下地形测量图及人工探摸来进行控制。
尤其潜水员人工探摸，危险性大、效率低，水底环境复杂，对潜水员的位置确定就非常关键。
目前国外对水下建筑物的检测多用水下机器人（ROV），ROV自身带光学的水下相机，在长江三峡库区清澈的水域可以直接进行观测提供清晰图像。
ROV还可以携带声学成像设备，针对我国江河和海洋比较浑浊的情况，ROV还可以通过携带声学成像设备，用声学的方式进行水下建筑物的检测。
2.2 为使用深拖设备，如遥控及其人、无人潜水器或自主潜水器（ROV）等进行水下建筑物
检测，获取勘测的精确位置资料。
3影响定位性能的因素
水下导航定位系统要实现精确导航定位，必然受到GPS导航定位系统的稳定性和可靠性、船载（集成）辅助传感器的稳定性和可靠性、超短基线导航定位系统的稳定性和可靠性、水上定位和水下定位数据融合方法等的影响和制约。
在工作应用中，应合理进行误差分配，控制显著误差，求得最佳测量成果。
水下定位的主要误差来源，包括超短基线基阵测距误差、超短基线基阵姿态测量误差、测角误差、测距交会求解造成的误差、超短基线基阵阵元相位差引起的误差、声传播引起的误差、声学噪声引起的误差、超短基线基阵和应答器安装引起的误差、校准误差、水下工作环境引起的误差、载体运动速度变化引起的误差、超短基线数据和GPS数据融合时的误差等。
但总的来说，误差来源可以综合到三个方面：校准误差、测距误差和测角误差。
3.1 校准误差
船只航行时航行轨迹的瞬间变化是于气候和海况好坏有着直接关系，超短基线定位计算的瞬间起算大地坐标是通过GPS提供的，换能器安装在摇摆不定的船上，随着船只摆幅的大小变化，定位航迹于实际航迹并不完全一致。
如不考虑GPS自身定位误差的影响，依其接收天线安装高度，船只姿态对GPS和超短基线的校准的影响亦是不可忽视的因素。
3.2 测距误差
测距误差主要是由测时误差引起的，而测时误差又与信噪比和声速息息相关。
声波在水下传播过程中，声速、声线弯曲、水面反射等都会影响测时准确度，而声波的扩散、吸收和环境中的噪声会影响信噪比大小，因此测距误差主要是由水声学因素引起的，水下定位时的工作条件和工作方法直接影响定位精度。
3.3测角误差
测角误差主要是由阵元间相位测量误差、姿态角度误差和罗经角度误差引起。
姿态角度误差和罗经角度误差主要由安装技术引起，而相位误差与基阵和应答器的位置关系有关。
当应答器在基阵正下方时，阵元间相位差很小，从而使定位误差保持在一个较小的数值上，因此超短基线只在基阵下方一个椎度范围内定位精度较高。
4小结
高精度超短基线HPR410P的便携式安装，大大减轻了工作人员野外操作和安装的繁琐性，提高了工作效率；为实现水下高精度、高要求的工程定位作业提供了可能性。
通过工程中的应用，其灵活性、方便性、高精度的特点，使其应用前景非常广阔。
The Application of Ultra Short Baseline Named HPR410P in Underwater Positioning
Zhang Yue-ning1, ,Liu Peng2
(1. Wuhan Changjiang Waterway Rescue & Salvage Bureau, Wuhan 430014, China;
2.Shanghai Geo Marine Instrement Company, Shanghai 200233,China)
Abstract:The technological research of the acoustic positioning system and its application fulfills an important role in the oceanic scientific investigation and the underwater engineering in the present age. Taking a brand of the ultra-short baseline positioning system as a sample, this paper would discuss the principle of the USBL acoustic system as well as the scope of its application. In the same time, the application of this USBL of high accuracy in the engineerings is also discussed. The paper analyses also the main elements that would affect its performance of the positioning in the application.
Key words:USBL, underwater positioning,。