基于多普勒速度声纳的水下航行器导航方法
水下导航工程技术中的声纳技术研究
水下导航工程技术中的声纳技术研究随着科技的不断进步和水下工程的广泛应用，水下导航成为航海领域中的一个重要研究方向。
在水下导航工程技术中，声纳技术作为一项关键技术在定位和导航等方面起着重要作用。
本文将从声纳技术的原理、应用以及前景等方面进行论述。
一、声纳技术的原理声纳技术是利用声波在水中传播的特性进行探测和通信的一种技术。
声波在水中的传播速度约为1500米/秒，远远大于在空气中的传播速度。
声纳技术利用声波在水中传播的时间和路径进行定位和导航。
常见的声纳技术包括主动声纳和被动声纳。
主动声纳技术通过发送声波信号，并接收回波信号来确定物体的位置和距离。
这种技术常用于水下探测和定位。
被动声纳技术则主要利用水中的环境声音，通过接收声音信号来判断物体的位置和方向。
这种技术常用于水下通信和监测。
二、声纳技术的应用声纳技术在水下导航工程中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：1. 水下定位和导航声纳技术在水下定位和导航方面具有重要作用。
通过发送声波信号，可以确定目标物体在水下的位置和距离。
这对于海洋探测、水下考古、海底管道维护等领域非常重要。
2. 水下通信声纳技术在水下通信中也起到关键的作用。
水下的环境复杂，电磁波在水中的传播受到很大限制，而声波在水中的传播速度较快，传播距离较远。
因此，通过声纳技术进行水下通信是一种可行的选择。
3. 水下探测和监测声纳技术可用于水下的探测和监测。
例如，通过声纳技术可以探测海底地形、水下生物和水下物体等。
同时，声纳技术还可以用于监测水下环境的变化，例如水下地震活动等。
三、声纳技术的前景随着水下导航工程的发展和水下资源的利用，声纳技术在未来有着广阔的应用前景。
一方面，声纳技术可以用于海洋科学研究，帮助我们更好地了解海洋的未知之处。
另一方面，声纳技术可以用于水下工程的建设和维护，提高工程施工的效率和质量。
未来，声纳技术可能会更加智能化和高效化。
与其他水下导航技术相结合，例如激光测距和无线通信技术，声纳技术的定位和导航精度将会进一步提高。
自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法与相关技术
图片简介:本技术介绍了一种自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法，该方法包括对于单领航定位系统和双领航定位系统下的主、从AUV建立三维协同导航系统模型，通过主AUV广播自身的位置信息，从AUV根据声速和时延获取两者时间的相对距离，进而有主AUV利用测速信息、测距信息对任意的从AUV进行协同定位，修正两者之间的距离。
本技术所述方法还针对主动式协同定位的精度问题提出新的增加深度测量信息的三维协同导航模型，包括在AUV没有收到距离测量信息情况下的测量方式，能够提高主从式协同定位的精度。
技术要求1.一种自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立主从式组合导航系统，由主AUV广播自身位置信息，根据声速和时延获得主AUV和从AUV之间的距离、航行速度信息，确定主AUV和从AUV之间的相对位置；(2)基于自主水下航行器的深度数据建立主从式导航系统建立协同导航空间状态运动模型，所述协同导航空间状态运动模型以导航坐标系下位置信息、载体坐标系下的速度信息、三维姿态信息作为主从式组合导航系统的状态向量；(3)在主AUV的位置信息下，基于扩展卡尔曼滤波协同定位模型和深度信息对从AUV进行位置纠偏。
2.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法，其特征在于：步骤(2)依次选取导航坐标系下位置信息、三维姿态信息和载体坐标系下的速度信息作为系统的状态向量，得到主从式导航系统在tk时刻的状态向量的表达式如下：xk＝[(pn)T ΘT (vb)T]T＝[x y z ψ θ φ u v w]T由航位推算公式得到状态转移方程如下：3.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法，其特征在于：所述主从式协同定位方法中，系统的观测向量的表达式如下：zk＝[(zdepth)T (zattitude)T (zvelocity)T (zrange)T]T＝[z φ θ ψ u v w rMT … rMi]T。
基于声呐技术的水下探测与成像方法
基于声呐技术的水下探测与成像方法随着科技的不断发展，人们对于水下探测与成像技术的要求越来越高。
而声呐技术在这些领域中起到了至关重要的作用。
本文旨在介绍基于声呐技术的水下探测与成像方法，探讨其优缺点以及未来发展方向。
一、声呐技术的基本原理声呐技术是利用声波在水中传播的特性，探测水下物体并获取相关信息的技术。
其基本原理是利用声波在水中传播时与物体间的反射、透射、折射等现象，从而实现水下物体探测和成像。
声呐技术包括传统的单波束声呐和现代的多波束声呐，两者在应用场合和性能方面存在一定的差异。
二、基于声呐技术的水下探测方法1. 侧扫声呐侧扫声呐是一种广泛应用于水下测量的声学探测系统，它可以产生水下立体图像，对于水下环境的探测和成像非常有用。
侧扫声呐安装在船只上，通过发射声波，记录可达区域的反射信号，并根据反射信号重建水下物体的三维模型。
2. 雷达声呐雷达声呐是一种高频声波探测系统，主要用于水下目标的探测和识别。
雷达声呐工作时，通过向水下发射一定频率和强度的声波，并通过接受反射回来的信号来获取水下目标的位置、形状和特征等信息。
3. 声纳测深声纳测深是以声波反射原理为基础的一种水下测量技术，主要用于水深的测量和海底地形的探测。
通过测量声波从水面到海底并反射回来所花费的时间，并根据声波传播速度计算出水深，从而实现对水深的准确掌握。
三、基于声呐技术的水下成像方法1. 声频成像声频成像是一种利用声波反射成像的技术，主要用于海底沉积物、水下生态环境等方面的观测和研究。
声频成像器通过发射高频声波，记录回波信号，并利用这些信号生成高分辨率的声学图像，从而显示出水下物体的形状和结构。
2. 态勘探测态勘探测是一种利用声波散射成像的技术，主要用于水下建筑物、沉船、神秘物体等方面的探测和研究。
态勘探测器通过发射短脉冲声波，利用目标对声波散射的特性，实现对目标的探测和成像。
四、声呐技术的优缺点及未来发展方向1. 优点声呐技术具有探测距离远、精度高、响应速度快、成本低等优点，能够较好地满足水下探测与成像领域的需要。
水下声学定位原理
水下声学定位原理
水下声学定位是通过测量水中声波传播的时间、方向和强度等信息来确定目标位置的技术。
以下是水下声学定位的基本原理：
1.声波传播：水下声学定位利用水中传播的声波。
声波在水中传播
的速度和方向受水的温度、盐度和压力等环境因素的影响。
这些环境因素导致声波在水中传播时发生折射、反射和散射等现象。
2.发射声源：定位系统通常会使用声纳或声源向水中发射声波。
这
个声源可以是主动声源（主动声纳）或被动声源（如接收来自目标的声音或水中噪声）。
3.接收声波：接收设备（水听器或水声传感器）接收从目标反射回
来的声波或来自目标本身发出的声音。
水下声学定位系统通常使用多个接收设备，以便通过多普勒效应和相位差等信息来确定目标的速度和方向。
4.时间差测距：通过测量声波从发射源到各个接收设备的传播时间，
系统可以计算目标与每个接收设备之间的距离。
通过使用三角法等技术，可以将这些距离信息组合，从而确定目标的准确位置。
5.多普勒效应：多普勒效应是由于目标的运动导致接收到的声波频
率发生变化。
通过测量这种频率变化，水下声学定位系统可以推断目标的速度和运动方向。
6.声纳阵列：为了提高定位的准确性，水下声学定位系统通常使用
声纳阵列，即由多个水听器组成的数组。
通过同时测量多个方向上的声波，系统可以更精确地确定目标的位置。
水下声学定位在海洋学、海洋资源勘测、水下探测和军事领域等方面具有广泛的应用。
这一技术对于深海研究、水下导航、潜艇追踪和水下资源勘探等领域有着重要的作用。
声纳的原理和应用
声纳的原理和应用1. 声纳的简介声纳是一种利用声波进行探测和测量的技术。
它利用声波在水中的传播特性，通过发送和接收声波信号来测量和探测水中的目标或环境。
声纳技术在海洋科学、水下导航、海洋资源勘探等领域有着重要的应用。
2. 声纳的原理声纳技术是基于声波传播的原理。
声波是一种机械波，能够在介质中传播。
声波的传播速度取决于介质的密度和弹性系数。
声纳系统一般由发射器、接收器和信号处理器组成。
•发射器：发射器将电信号转换为声波信号，并将其发送到水中。
声波信号可以是单一频率的连续波或脉冲信号。
•接收器：接收器接收到水中的声波信号，并将其转换为电信号。
接收器可以是单通道或多通道的。
•信号处理器：信号处理器对接收到的声波信号进行处理和分析。
它可以提取目标的相关信息，如距离、方位角等。
3. 声纳的应用声纳技术在许多领域都有着广泛的应用，下面是一些声纳应用的示例：3.1 声纳测量声纳技术可用于测量水深、水质和水温等环境参数。
它可以通过分析声波在水中的传播特性，来获取关于水体的信息，为海洋科学研究和海洋资源勘探提供数据支持。
3.2 水下通信声纳技术在水下通信中起着重要作用。
由于电磁波在水中传播的受限，声波通信成为了水下通信的主要方式之一。
声纳通信系统可以实现在水下进行语音、数据和图像的传输。
3.3 鱼群探测声纳技术在渔业应用中广泛使用。
声纳系统可以探测到水中的鱼群位置和数量等相关信息，帮助渔民确定最佳的捕鱼地点和时间。
3.4 水下导航声纳技术在水下导航中起着重要作用。
声纳系统可以用来测量航行器与水下目标的距离和方位角，并为水下航行器提供位置定位和导航支持。
3.5 防护和监测声纳技术在防护和监测领域也有着重要应用。
声纳系统可以用于监测海洋中的潜在威胁物体，如海底管道、地震等。
此外，声纳技术还可以用于潜艇和海岸线的防护。
结论声纳技术作为一种利用声波进行探测和测量的技术，在海洋科学、水下导航、渔业等领域有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，声纳技术将继续为人们的生活和工作提供更多的便利和支持。
对水下目标的多普勒直接定位
对水下目标的多普勒直接定位
郁涛
【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》
【年(卷),期】2011(006)003
【摘要】应用基于多普勒频移变化率分析的直接定位法给出了利用单个LOFAR 声纳浮标对水下匀速运动目标的定解公式,与已有的必须检测到达航路捷径点的时间和频率的旧方法相比,新方法基本可在除接近航路捷径点外的任意位置上实现实时探测,不仅能近实时的给出水下目标的运动参数,而且还能直接获得目标当前的坐标位置参数,而不再是仅仅得到航路捷径距离,因而具有更好的实际应用价值.【总页数】3页(P328-330)
【作者】郁涛
【作者单位】中国电子科技集团公司第51研究所,上海,201802
【正文语种】中文
【中图分类】U666.7;TP216;TP301.6
【相关文献】
1.联合时延与多普勒频率的直接定位改进算法 [J], 王云龙;吴瑛
2.一种基于窄带信号多普勒频率测量的运动目标直接定位方法 [J], 王鼎;张刚
3.融合多普勒频移信息的阵列数据域直接定位方法 [J], 王大鸣;任衍青;逯志宇;巴斌;崔维嘉
4.利用多普勒的运动单站直接定位算法 [J], 李春奇;吴迪;赵拥军
5.分布式MIMO雷达中仅使用多普勒频移的直接定位技术 [J], 邓丽娟;张展;魏平;孙文;廖红舒
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自主式水下航行器AUV导航技术探讨
自主式水下航行器AUV导航技术探讨发布时间：2021-03-25T04:53:30.059Z 来源：《现代电信科技》2020年第16期作者：张宝贵[导读] 针对组合导航技术在AUV发展与应用中的重要地位，文中详细介绍了各种AUV导航技术发展概况，并着重对各种组合导航技术的发展情况进行了分析研究。
（中国船舶集团有限公司第七一〇研究所湖北宜昌 443003）摘要：针对组合导航技术在AUV发展与应用中的重要地位，文中详细介绍了各种AUV导航技术发展概况，并着重对各种组合导航技术的发展情况进行了分析研究。
可以看出，未来AUV的导航技术仍将是以INS为主的组合导航。
INS/地磁匹配组合导航、INS/重力匹配组合导航等地球物理组合导航将在军事领域发挥更加强大的作用；INS/LBL组合导航技术则将更加广泛地应用于民用领域。
关键词：自主式；水下航行器；AUV导航技术引言21世纪以来，随着人类在利用海洋和开发海洋上的投入不断增大，自主式水下航行器（AUV）引起了越来越多的关注，无论在战场监视、隐蔽打击等军用领域还是在海水检测、海洋地质勘探等民用领域都得到快速发展。
导航是指移动机器人借助传感器获知本体状态，完成从初始位置到达目标位置的自主运动过程。
导航技术作为AUV的核心技术，也是最难以解决的关键技术之一。
组合导航方法，是由2种及以上导航技术结合形成的综合导航系统。
组合导航结合不同导航技术的优点，能够增强导航系统的稳定性、精确性和持久性，是当前使用最广泛的导航方法，也是未来AUV导航技术的发展方向。
目前，针对AUV的导航技术大体可分为传统导航和非传统导航技术2类。
传统导航技术主要包括航位推算导航、惯性导航和声学导航等。
与非传统导航相比技术更为成熟，使用范围更加广泛。
非传统导航技术主要包括地球物理导航、视觉导航等，是发达国家大力研发的新兴导航技术，通常用来辅助惯性导航。
1 航位推算导航航位推算导航最早于16世纪提出，但当时很少用于水下。
水下定位与导航简述
3 声呐方程基础
什么是声呐？ Sonar：Sound(声) +Navigation(导航) +Ranging(定位) 利用水下声波判断海洋中物体的存在， 位置及类型的方法和设备。 是利用水中声波对水下目标进行探测、 定位和通信的电子设备，是水声学中应用 最广泛、最重要的一种装置.
仿生学来源：海豚追踪猎物
美国钻探船“格洛玛·挑战者”号用的重返和动态
1~50 <1
简称 LBL SBL USBL或SSBL
海底应答器的位置分别为： 注意：与ＧＰＳ定位不同，仅需３个海底应答器即可！
三种系统的优缺点：
（1）超短基线定位系统 优点：整个系统构成简单、操作方便不需要组建水下基线阵、 测距精度高。 缺点：需要做大量的校准工作，其定位精度随着水深和工作 距离的增加而降低。定位精度比其他两种系统差。
具体做法：
➢ 在海底放一个水声应答器作为基 准点，同时在船上布放三个水听 器进行应答测距。在下钻作业时 船上向基准点应答器发出脉冲， 应答器收到信号之后发出回答脉 冲，这回答脉冲被船上的三个测 距水听器收到，这时可以测出三 个水听器与基准应答器的距离。 当外界条件使船位移时，水声应 答器测距系统随即测出这三个距 离的变化。将这些数据送入计算 机，计算出船位的水平移动量， 再开动几个可变螺距的推进器， 使船复位，也就是使三个距离和 原来的一样。这样，船在不断运 动中保持位置不变。
1、声纳方程
主动声纳方程： (SL 2TL TS) (NL DI) DT
被动声纳方程：
SL TL (NL DI) DT
SL反映发射器辐射声功率大小 TL：传播损失，定量描述声波传播一定距离后强度的衰减变化 TS：目标强度，定量描述目标反射本领的大小 NL：海洋环境噪声（背景干扰） DI：指向性指数。越大表示声能在声轴方向集中的程度越高； DT：检测阈值。设备刚好正常工作的所需的处理器输入端的信噪比 值