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我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集 长基线定位系统的研制 昊永亭，唐秋华，周兴华，刘焱雄，丁继胜 (国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛，266061) 1．引言 高精度的水下声学定位系统是许多高新技术的集成，是海洋调查和开发的基本设备，具 有广泛的用途。当前大多海洋工程，如海洋油气开发、深海矿藏资源调查、海底光缆管线路 由调查与维护等，需要声学定位系统对水下拖体进行导航定位，如水下遥控机器人R 0 V、 水下无人机器人U u V、水下自动机器人A U V、声纳设备的水下拖鱼等。 我国对水下定位技术的研究一直没有停止过，国家为此投入了大量的人力和资金， “十 五”863计划进行了长程超短基线定位系统的研制工作，解决了水下拖体导航定位的一般问 题，但其作用距离有限，定位精度不是很高。尤其是在需要长距离、高精度的水下定位技术 手段的深海油气资源开发、深海海底矿产资源探测以及其他精密海洋工程中，超短基线定位 系统就显出其局限性。长基线定位系统与其定位精度高(米级或亚米级)、作用距离长(几 公里或十几公里)有效地解决了这一技术难题。 国外对声学定位系统研究较早的是挪威Kongsberg Simrad公司。该公司产品涵盖了超 短基线、短基线和长基线三种类型，其研究开发有近30年的历史，有一系列成熟的产品投 入到军方及民用。该公司生产的HPR 408长基线定位系统最大工作水深6000m，测距精度厘 米级，在ROV模式下达到分米级，可以同超短基线组成混合类型定位系统。另外一家知名公 司是美国的LinkQuest公司的PinPointl500及PinPoinl0000长基线定位系统。 PinPointl500测距范围1500“3000m之间，工作水深1500’3000m，定位精度O．05“0．5m； PinPointl0000测距范围lOKm，工作水深1500’7000m，定位精度0．3’2m。除此之外， 英国的Sonardyne公司，澳大利亚的Nautronix公司，也都生产制造高精度长基线定位系统。 目前，国外公司的水下声学定位系统产品几乎覆盖了整个应用市场。在国内，哈尔滨工程大 学多年来一直从事长基线定位系统方面的研究，有很多相关研究成果发表，但未见相关应用 产品或样机出现。 因此，高精度长基线水下声学定位系统的研制对海洋资源调查、海洋科学研究都具有重 要的意义。 2研究内容及其关键技术 本课题的目标是发展适合于海洋资源开发和利用的多用户长基线高精度定位、跟踪技 一105— 长基线定位系统的研制 术，研制出原理样机。该样机将既适合深海又适合浅海使用，既能实现高精度定位又能传送 数据及遥控信号(如图1)。 豳1多用户长基线定位系统 主要研究内容： (1)高精度测距技术研究； (2)低误码率远距离水声数据传输技术研究； (3)高性能水声换能器阵形设计及基阵校准技术的研究； (4)实时数字信号处理(DSP)系统的硬件设计技术； (5)实时定位算法研究及软件实现； (6)深海回收式应答器研制； (7)辅助设备接口技术研究； (8)试验研究及可靠性设计； (9)海底应答器布设及安装校准方法及校准模块／软件编写； (10)影响系统定位精度的误差来源分析及系统精度评估。 系统主要功能为： (1)同时对多个目标进行定位和跟踪，实时显示目标航迹； (2)对多个目标发送遥控信号，并接收多个目标回送的数据； (3)精确测量水下、水面静止目标和运动目标的位置(大地坐标和／或相对坐标)； (4)本系统采用可回收式海底应答器； (5)本系统可以短基线、超短基线组合形成混合导航定位系统。 一】06— 我国近海油气勘探开发高技术发展研讨会文集 系统技术性能指标： (1)精度：0．3。2m (2)作用距离：lOkm (3)换能器开角：210。 (4)频率：7．5’15kHz (5)工作水深：1500’7000m 根据本课题的技术指标要求，结合国内外水下定位技术的现状，拟解决以下技术难点： (1)高性能水声换能器技术。 (2)浅海中、远程高精度定位技术。 (3)系统校准技术。 3可行性分析及前景预测 (1)可行性分析 ·理论上：该课题选择的是国际热门技术发展方向，国外已有大量的基础性研究，类 似的商业定位系统已经问世，长基线定位系统基础理论被证明是可行的。 ·技术上：项目提出单位在“十五”863计划中完成了“长程超短基线定位系统”的 研制工作，在技术上和实践上积累了丰富的研制经验。 (2)前景预测 随着全球环境的日益恶化，陆地资源和能源不断的减少，海洋油气资源和深海矿产资源 的探测、开发和利用，已经引起世界各国的重视。实现对海洋油气资源和深海矿产资源的开 发利用，必须开发海洋资源勘探技术。高精度的水下定位系统是海洋调查开发和科学研究的 基本设备，具有广泛的用途： ·为