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基于浮标长基线水下轨迹测量装置设计与实现

摘要

为了保障水下作业工具工作的顺利进行，使用高精度的定位导航系统为其定位与导

航是必要的，长基线定位以其精度高、可靠性高等优点被广泛的应用在水下作业工具的

定位导航系统中。移动型浮标长基线定位系统使用载有浮标设备的水面船代替传统浮标，

水面船在保持定位解算阵型的同时，对水下目标进行跟踪定位，使系统拥有可移动的定

位范围，适用于作业范围大的水下作业工具的定位与导航，本文设计出一套基于移动型

浮标长基线定位的水下轨迹测量装置。

整个系统由浮标、水下目标、解算单元组成，将浮标的数字信号处理核心电路板应

用为解算单元。利用核心板估算出信号从水下目标到浮标的传播时延，各浮标通过GPS

获取实时位置，核心板将估算出的时延信息与浮标的位置信息通过无线电上传至解算单

元，解算单元通过位置信息与时延信息解算出目标位置。本文设计出了以两片

TMS320C6416为主控芯片并搭载A/D数据采集电路、串口通信电路、时钟同步电路、

片间通信电路、FLASH存储电路、电源电路的核心板，完成了信号的采集、信号检测与

时延估计、串口通信、程序的加载与FLASH数据存储、片间通信、定位解算的软件设

计，实现了系统与GPS和无线电交互信息、信号的采集与检测、时延估计、信号的发

射、存储相关数据、定位解算等功能。

经过实验室测试与浅海试验验证，本文设计的水下轨迹测量装置各项指标均满足设

计要求，在浅海环境下，系统能够在保持定位解算阵型的同时，实现对目标的跟踪定位。

利用卡尔曼滤波算法剔除、优化定位轨迹的野值点，将目标定位轨迹的各个点位与自身

轨迹的拟合直线的垂直距离视为水平方向定位误差，经计算得出系统的水平方向定位精

度优于0.57m。

关键词：长基线定位；移动型浮标；硬件电路设计；软件设计

基于浮标长基线水下轨迹测量装置设计与实现

Abstract

Inordertoensurethesmoothoperationofunderwaterworktools,itisnecessarytouse

high-precisionpositioningandnavigationsystemsfortheirpositioningandnavigation.Long

baselinepositioningiswidelyusedinthepositioningandnavigationsystemsofunderwater

worktoolsduetoitshighaccuracyandreliability.Themobilebuoylongbaselinepositioning

systemusesasurfaceshipcarryingbuoyequipmentinsteadoftraditionalbuoys.Thesurface

shiptracksandlocatesunderwatertargetswhilemaintainingthepositioningcalculation

formation,providingthesystemwithamovablepositioningrange,suitableforpositioningand

navigationofunderwaterworktoolswithalargeoperatingrange.Thispaperdesignsan

underwatertrajectorymeasurementdevicebasedonthemobilebuoylongbaselinepositioning.

Theentiresystemconsistsofabuoy,underwatertargets,andasolvingunit.Thedigital

signalprocessingcorecircuitboardofthebuoyisappli