基本信息
所属科技项目名称:科技成果转移转化
项目主管部门:北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会
科技成果信息
科技成果名称:深海百平方公里级水下定位导航系统研发
关键词:一体化潜标,水下通信,水下定位与导航,百平方公里,大型载人潜水装备,服务保障模式
科技成果类型:原始创新
科技成果所处阶段:实验室研究
科技成果应用领域:信息传输、软件和信息技术服务业
科技成果简介:为响应国家“深海进入”、“深海探测”和“深海开发”战略,课题紧密围绕国家重大科技项目“深海空间站”的作业环境保障需求,面向深海百平方公里级海域,设计研制了一套水声通信定位一体化潜标样机,利用4个浮-潜标节点组成百平方公里的通信组网,构建深海百平方公里级水下定位、导航和通信一体化组网系统,形成能够为深远海探测开发活动的水下多平台提供安全、高效的全天候全水域高精度定位导航信息,为水下探测、水下平台布放回收及精确对接引导等提供服务,满足信息的远程共享、指令的实时传输、协同作业的组网通讯等。为深海空间站及其配套的水下多平台作业环境提供更长时、安全和可靠的通信定位保障,提升水下多平台同力协作能力。
水下定位、导航和通信一体化组网系统是由布设在海上的兼容水声通信的水下定位导航综合浮-潜标组成,组网系统采用4个浮-潜标布设在正方形4个节点上。考虑到水下深空站作业活动范围需求,该系统可对百平方公里范围内的多个用户提供导航定位通信功能,该配置下的组网系统网络规模也可以较充分地验证网络化水下导航技术,以及对水下多目标协同作业环境的保障能力。
水声通信是通过水下目标与潜标进行水声通信信号的接收和解码,水下定位导航则是水下目标同步发射水声定位所需的扩频声信号,进行实时定位解算。系统采用主被动兼容定位技术,主动定位模式时,浮-潜标节点被动接收定位目标发射的声信号,节点间通过无线电通信汇聚接收信号时延后进行定位目标的位置结算;被动定位模式时,浮-潜标分时轮询发射定位声信号,定位目标接收到各节点信号后进行位置解算;主被动兼容定位技术可以兼容水下自主航行器、水下机器人、深海空间站、黑匣子等多种水下目标的水下定位。
水下定位、导航和通信一体化组网系统采用通信和导航信号体制兼容技术,共用水声换能器的方法实现潜标的通导功能集成;利用长基线定位原理,利用海流计联合深度传感器的方法对参考点位置误差进行修正,利用声速修正方法对海水中声线弯曲进行修正,提升水下定位精度;通过采用耐压壳体、合理的结构形式和相应的压力平衡装置实现耐高静水压宽带换能器研制。
课题研制的水声通信导航一体化潜标装备,搭配浮标平台组成浮-潜标,可多台进行区域快速部署组网,面向深海百公里级海域提供水下定位、导航和通信服务,经过试验验证满足以下性能指标:
1)水声通信距离≥10公里;
2)数据速率≥50比特/秒;
3)百平方公里工作区域内水下定位误差≤3‰;
4)工作水域深度≥1000米;
5)可承受6级风力、4米浪高的海洋环境。
我国海域面积辽阔、安全形势复杂、自然环境恶劣,深海百平方公里级水下定位导航系统弥补了各种海洋自然灾害和海上突发事件通信定位能力短板,为海洋交通、海洋运输、海洋渔业、海洋旅游等海洋经济和海洋生产活动提供了强有力的保障手段。具体应用方向如下:
海事救援
遇险船只在下沉过程中受海浪、风暴、潮汐等海水运动作用下,导致最终下沉位置与AIS服务和SOS服务所提供的船只遇险位置出现严重偏离,在沉船打捞中,精确定位沉船显得尤为重要。深海百平方公里级水下定位导航系统不仅能解决精确定位沉船海底位置的问题,还能在现场勘察阶段实时定位跟踪水下打捞设备及人员的位置,利于指控中心决策和制定打捞方案,保障打捞工作的顺利开展。
水下蛙人作业
在水下蛙人作业区域部署百平方公里级水下定位导航系统,建立蛙人与指控中心的通信链路,指控中心可实时获取水下蛙人的位置,确保水下蛙人安全,保障水下蛙人作业。
AUV移动观测的精确定位及通信
在AUV移动观测区域部署百平方公里级水下定位导航系统,一方面为AUV移动观测提供信息传输功能及自身位置校准服务,提高AUV水下机动长航时观测效率,保障海洋试验顺利进行;另一方面,当AUV失控沉落海底或离开监视区域时,及时上报AUV告警信息,便于开展失控AUV打捞或搜寻,保障试验设备和试验数据安全。
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