船載式水聲跟蹤系統定位原理及誤差分析

摘 要： 闡述了水下定位系統的研究意義和基本分類，介紹了船載式水聲跟蹤系統的定位原理、實現方法，以及優點和不足之處，給出定位計算及姿態修正公式。針對聲速、基陣孔徑、時延值和姿態角等參數對系統產生的誤差，進行理論公式推導和分析，最后給出系統誤差公式。結合誤差公式和隨機誤差理論，分析了跟蹤系統的定位誤差來源，并給出減小誤差的基本方法。

關鍵詞： 水聲跟蹤系統； 船載式； 定位原理； 誤差分析

中圖分類號： TN911.7?34； TB568 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）23?0070?04

Positioning principle and error analysis of shipborne underwater acoustic tracking system

ZHANG Qing?guo， WANG Jian?pei

（Kunming Shipborne Equipment Research Test Center， Kunming 650051， China）

Abstract： The basic classification and the study significance of underwater positioning system are described. The positioning principles， implementation method， advantages and shortcomings of shipborne underwater acoustic tracking system are introduced. The posture correction and position calculation formulas are given in this paper. The system error caused by sound speed， array aperture， delay value， attitude angle and other parameters is analyzed and derived with theoretical formulas， by which the system error formula is achieved. In combination with the error formula and random error theory， the position error source of tracking system is analyzed， and the basic method to reduce the error is offered.

Keywords： underwater acoustic tracking system； shipborne； positioning principle； error analysis

0 引 言

水聲跟蹤系統主要是指利用聲波信號，在水下局部區域進行定位導航的系統[1]。聲學定位技術，在海防軍事應用中具有重要的實用價值。不僅可以完成水下目標的連續跟蹤和精確定位，考核其戰技指標實現情況和技術設計的合理性，還可在大面積范圍內對來襲的敵方目標進行遠距離探測和預警。尤其是近年來，隨著海洋探測、海洋工程等技術的不斷發展，聲學定位技術的應用和發展也越來越廣泛。

1 水聲定位系統簡介

水聲跟蹤系統按照接收基陣中基線的長度（又稱基陣孔徑[2]）來劃分，分為超短基線系統（USBL或SSBL）、短基線系統（SBL）和長基線系統（LBL）。長基線因其基線較長（100～6 000 m）[1?3]，定位精度高，但其布放、回收和校準等過程較長，而且作業工程較為復雜。超短基線系統基線最短（一般為幾厘米到幾十厘米），定位精度最差，且需布放應答器，但安裝方便，甚至可直接安裝在水下目標上。短基線系統介于兩者之間，基線長度一般為1～50 m之間，基陣一旦固定安裝完成，便可進行定位導航作業，無需布放應答器。……