柳佳

摘要：在水下传感器定位装置的研究中，一般的水下定位系统在传感器的选择上都是基于声呐设备，水下声呐的定位系统，依据其不同的基阵可以大致分为长基线、超短基线以及短基线水下定位系统，上述三种定位系统，所采用的声呐传感器布阵方式和采用的定位算法都不相同，本文主要介绍其中的短基线定位系统的设计。

关键词：水下短基线定位系统；总体设计；水下传感器

1.引言

水下短基线定位系统一般采用主动应答的方式工作，通过水上声呐基阵发射特有形式的声信号，水下定位设备上装有应答器设备，当应答器监测水上基阵的询问信号后，就会主动发出一个应答的特定形式的信号，水上基阵收到应答信号后，通过拷贝相关的算法测出时间延迟，从而得到距离信息，之后通过球面交汇的几何关系解算出被定位设备的位置，并显示于实时显控设备上，因此，水下短基线定位系统的构成包括水上信息处理平台、声呐基阵、水下应答器、显控平台。

2.声呐基阵

水下声呐传感器是将电声能量互相转换的装置，在發射状态时是由电磁振荡能转换为机械能，当接收时由受到水中声压而产生振动，换能器再把机械振动转化为电磁振荡能。换能器是由一个电储能元件和一个机械振动系统组成。水下定位系统基本上采用的都是声呐基阵，它是水下定位系统的基础传感器设备，本文研究的水下短基线定位系统所采用的声呐基阵，其主要功能是接收发射声信号，并固定了声呐布阵时的几何模型，基阵的是短基线水下定位系统进行目标位置解算的已知量，它主要由基阵固定框架、安装结构、声呐传感器、连接线缆、水下安装结构等部分组成，短基线定位系统的声呐基阵其一般的构型如图1所示。

3.水上信息处理平台

短基线定位系统中的水上信息处理平台，是系统的重要组成部分，其承担了大部分的信息处理和定位解算计算的工作，短基线定位系统通过水上信心处理平台编码形成一段固定形式的发射信号，通过声呐基阵发射出去以后，又收回声呐基阵监测到的信号，通过信号处理算法，拷贝相关算法等一系列的运算，得到目标位置信息，可以看出在定位系统中，水上处理平台是整个系统的核心计算部分，其基本的组成结构如图2所示。

4.应答器

短基线定位系统中的应答器部分，是安装在水下被定位设备上的关键单元，其运动随着被定位设备而跟随运动，它是反应被定位设备的位置信息的关键，其主要的功能就是收发信息，其接收来自水上基阵发射的信号，精确解算出接收信号的时刻，然后通过应答器内部的固定时延信息，发射应答信号，其具体的组成如图3所示。

5.显控平台

显控平台也是短基线定位系统的重要组成部分之一，其主要的作用是接收来自于水上信息处理平台的解算完成的信息数据，将目标的位置实时的绘制于显示界面上，同时 还可以通过指令信息控制系统的参数改变等功能，其具体的功能构成框架如图4所示。

小结

本文主要介绍了水下短基线定位系统的构成，包括声呐基阵、水上信息处理平台、水下应答器设备、显控平台这几部分，其中声呐基阵是系统的传感器设备，是收发信号的基础；水上信息处理平台是定位系统的核心计算大脑，其完成一系列信号处理和位置解算的工作；应答器是定位的移动点，也是整个定位系统的核心，其完成信号收发工作；显控平台是短基线定位系统的显示和控制的人机交互界面，上述的各部分都是独立的一个子系统级设备，因此对于水下短基线定位系统来说，其实是一个较为复杂的设备，下一章重点介绍，应答器设备部分的硬件构成和软件框架。

参考文献：

[1]田坦.声呐技术[M]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学出版社， 2009.

[2]付江楠.短基线定位系统中通用宽带应答器的设计与实现[D]. 哈尔滨： 哈尔滨工程大学， 2009，（6）