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作者:xiaokcehui2023-8-15 14:46分类: others 标签: 水下机器人 超短基线

观察级水下机器人使用的超短基线型号是Micro-Ranger2,由换能器MRT、甲板单元(ESH)、信标(Nano)和计算机组成。超短基线主要用于深水(大于100m),在浅水环境下,会有多径时延扩展,信号衰落严重,即使利用了宽带信号检测技术。


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MRT的技术参数如下。

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信标的技术参数如下。

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1、基线定位

在声学定位系统中,有3 种主要的技术:长基线定位(LBL)、短基线定位(SBL) 和超短基线定位(SSBL/USBL),有些现代的定位系统能组合使用以上技术。这三种不同方式的声学定位系统中,长基线定位(LBL)定位精度最高,但是水底布设高精度定位已知点的施工难度大且费用较高,一般使用在石油平台监测、水下考古打捞等需要高精度定位的工程;短基线定位(SBL)需要对船体进行改造,才能放置换能器基阵,对船只的要求使短基线的应用受一定的限制;超短基线声学定位系统( USBL) 的优势是很明显的,只需要在船舶上安装一个换能器及其电子单元,就可以提供高精度的声学定位。

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2、基本原理

根据工作频率和作用距离的不同,超短基线定位系统的基阵长度一般在几厘米到几十厘米不等。超短基线定位系统有两种工作方式:一种是声学应答模式,水面分别向各应答器发送询问信号,各应答器接收到针对自己的询问信号后发送应答信号,通过计算发出询问信号到收到应答信号的时间差来计算距离。另一种是同步时钟触发模式,如果有缆则触发脉冲通过电缆触发应答器,如果无缆则需要采用高精度的同步时钟来同步触发应答器和水面系统,通过计算同步脉冲触发时刻到收到应答信号的时间差计算距离。

由时间差计算距离需要知道声速,因此精确的声速剖面数据是定位精度的保证。因此每到一个新的作业地点,必须测量声速剖面并输入到定位系统中。如果出现剧烈的气象过程(如大风、大雨),则需要重新测量声速剖面并更新到定位系统中。要确定潜水器在水下的位置,除了测量距离外还必须测量出方向角和倾斜角。超短基线定位系统是通过分析船载声学换能器阵接收信号的相位差来计算出方向角和倾斜角的。将水面船载 GPS与超短基线定位系统相结合,能够准确判断水下应答器的精确位置。

3、超短基线设备

超短基线有法国iXblue、挪威Kongsberg、英国Sonardyne、美国LinkQuest和德国Evologics等公司的6款典型深海远程超短基线定位系统,见下表。

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其中GAPS将姿态传感器(光纤罗经)与超短基线声学换能器阵固化在一起,实现一体化安装,是世界上首款便携式、即插即用、免标定的超短基线定位系统。

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4、Micro-Ranger2软硬件设置

(1)安装Micro-Ranger2 软件

(2)典型系统配置,ESH默认IP地址为192.168.179.80,电脑的IP地址设置为192.168.179.X,与ESH保持在一个网段,比如192.168.179.100,除了50,51,80,150或200可能被其它设备使用的地址以外。

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(3)配置GNSS,Port ESH/5A(下图中的4)可以连接一个外部GNSS天线,实现时间同步和定位,波特率为115200。

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GNSS也可以通过COM口接入ESH,设置好天线相对于水线公共参考点(CRP)的相对位置关系。

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(4)配置MRT。MRT的磁罗经需要校正,获取磁北和真北方向的偏移量。

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安装偏移量(install offsets)需要输入CRP到MRT的偏移量。

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内部磁传感器也能显示Roll、Pitch和Heading值。

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接入外部传感器提高设备精度,ESH通过COM口增加姿态传感器。

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Attitude设备下拉列表的三个参数:

Compass:内部磁罗经加MEMS(微电子机械系统)倾斜传感器

Internal:辅助低精度MEMS倾斜传感器

Lodestar:外部传感器

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(5)环境设置,导入声速剖面文件。

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(6)增加和设置信标。打开信标表,增加信标。

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设置唤醒波段和更新率

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参考文献

一种适于浅水定位的超短基线装置与定位方法_祝侃

一种SINS_超短基线组合定位系统安装误差标定算法_张涛

深海超短基线定位系统现状及展望_张同伟

超短基线定位系统在500kV跨海输电系统海底电缆检测中的应用_高东明

超短基线定位系统在沉管测控中的应用_赵心

超短基线定位系统在深水工程勘察中的应用_肖家耀

超短基线水声定位系统误差校准方法综述_罗宇

超短基线水声的系统校准_郑军

深海超短基线定位系统现状及展望_张同伟

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