水下导航定位系统在水下作业中的应用

水下导航定位技术是一种集成了导航测姿、水声定位、GPS定位的综合性技术,可广泛应用于水下作业中,如引导潜水员进行打捞、对水下目标进行精确定位等等。介绍了水下导航定位系统的组成结构,以及在水下作业中的应用。     

水下自主定位中数字相关器的设计

针对水下自主定位系统的要求和水下环境的特殊性,为降低对检测水声定位信号的复杂度和资源消耗,得到实时、快速、准确的时延信息,对水声定位信号进行了基于频谱扩展原理的编码设计,并根据定位信号的特点,借鉴传统数字相关器的设计,利用VHDL语言设计实现了一种基于频谱扩展原理结构简单的数字相关器.仿真结果表明该数字相关器具有快速、...     

水下偏振清晰成像方法综述

水下成像环境复杂多变,在水下视觉的研究中会遇到许多典型的问题:在复杂的光学环境中,水下成像质量急剧下降,传统成像方法中常用的诸如颜色、亮度等特征衰减严重,难以有效地提高水下成像的质量。偏振成像可以对水下散射进行有效抑制,在水下成像环境中,分析目标信息光、后向散射光和前向散射光相应的偏振特性,针对性地解决不同分量对图像的影响进而实现图像质量的提高。基于水下成像物理模型、偏振成像原理详细阐述了水下偏振成像原理,着重论述了几种经典的水下偏振成像方法,总结了当前基于偏振特性的水下成像技术,并对其实际效果进行评价分析,依据现有的水下偏振成像技术的优缺点和实际成像效果对水下偏振成像技术的未来发展进行总结展望。     

基于射线声学的水下传感网络静默定位算法

水下传感网络静默定位方法是一种可服务于多用户的免时钟同步定位算法,待定位节点全程无需发声,具有隐蔽性强和方便扩展等优点。该文提出了一种结合声线跟踪技术的水下传感网络节点静默定位方法,将高斯-牛顿法引入到水下网络节点静默定位中,解决了已有方法存在定位盲区的问题。鉴于水中声速分布不均的情况,将声线跟踪技术融入迭代过程,用以修正声线弯曲带来的定位误差。同时,针对实际应用过程中可能出现的信标节点阵型不佳的情况,采用了改进的Tikhonov正则化方法,根据目标函数变化情况反馈控制正则化参数,消除了雅可比矩阵不满秩对迭代过程的影响。通过仿真分析,验证了该文算法的有效性。     

水下GPS定位误差分析

水下GPS定位精度受到各种因素的影响,为得到精确的定位数据,需要分析各因素与定位误差的关系。文中介绍了水下GPS定位的系统组成和定位原理,详细分析了影响定位误差的各种因素,如基线长度、目标方位、浮标基元阵型、浮标姿态以及斜距和浮标坐标的误差等。通过仿真分析得出了各因素对定位精度的影响程度以及浮标姿态对坐标修正量的影响程度,对减小和消除误差的方法进行了探讨,对提高水下GPS定位精度有一定借鉴意义。     

基于单浮标的水声/惯性组合导航定位与试验验证

惯性导航由于其无源、自主等优点,在水下导航中处于中心地位,但惯性导航误差随时间增大,很难长时间提供精确的导航信息.针对此问题,本文提出一种基于单浮标的水声/惯性组合导航定位方法,借助水下潜航器的速度和方位信息,通过实际浮标和3个虚拟浮标的位置以及与水下潜航器之间的4个距离观测量,采用长基线导航定位技术,实现水下潜航器导...     

基于相对测量的水下机器人主动定位方法研究

水下机器人的自主快速精确定位是完成海洋资源勘探、目标探测定位与追踪等水下作业任务的前提.论文研究基于相对测量的水下机器人主动定位方法,解决存在大的初始定位偏差情况下多水下机器人的快速定位问题.论文提出包括测量、估计和控制三个模块的多水下机器人快速主动定位框架,降低相对测量误差、初始偏差带来的定位不确定性,同时使多机器人...     

水下二次定位系统软件设计

主要在GPS定位和水声定位相结合的水下定位系统基础上对水下二次定位系统软件进行设计,软件的核心是数据采集和数据处理以及图形显示。主控软件采用Visual Basic开发,后台以Access数据库作为支撑,采用ADO方式连接。通过水上GPS定位技术与水下水声定位技术结合,达到水下应答器最精确的定位。在硬件基础上通过两次湖试对软件进行了测试,软件工作正常,能够很好地满足水下二次定位系统的需要。     

水下激光通信系统研究进展

由于各国愈发重视海洋安全和领土安全问题,水下激光通信发挥着越来越重要的作用.在复杂的海洋环境中实现信息高速和安全的传输是水下激光通信亟待研究的课题.梳理了国内外水下激光通信系统的发展历程,总结了系统的技术优势,给出了通信原理,分析了影响系统性能的关键技术.最后指出未来的水下激光通信系统将具有更高的通信速率、更低的误码率...     

常见无线通信定位技术研究

随着移动通信技术的发展,越来越多的用户希望移动通信系统能够提供定位服务.特别是随着第三代移动通信系统的不断发展,定位业务已成为有着广泛前景和吸引力的重要业务之一.本文在介绍常见的无线定位技术原理的基础上,比较了各个定位技术的优势和缺点,分析了产生定位误差的原因及其改进方法,归纳了无线定位技术的应用,最后,本文还对这些方法的共同原理及前景进行了总结,从而为其他定位技术的研究和开发提供了新的思路.     

蛙人水下信息系统发展综述

蛙人水下信息系统是蛙人水下作业和作战的主要信息保障系统,为蛙人提供水下通信、引导定位、导航和探测服务。当前,蛙人水下信息系统尚未形成完整的系统体系结构,尚处于零散的设备发展阶段,无法整体有效地解决蛙人水下信息保障难题。为此,针对蛙人水下信息辅助装备的发展现状,提出蛙人水下信息系统的概念,并以此为框架,梳理了水下信息系统的功能体系和组成结构,分别阐述了各部分发展现状和趋势,以期为蛙人水下信息保障设备发展提供参考。     

水下通信定位识别一体化波形优化方法

为提升水下态势感知能力与态势信息交互的需求,通过分析水声通信信号波形参数与水声定位精度、识别概率间的关联关系,提出水下通信定位识别一体化波形优化设计方法和准则,给出水下一体化波形的具体设计流程,确定水声通信信号参数对水声定位、识别性能的约束关系。     

码分多址在水下定位中的应用

水下定位是一个通信的过程,其成败取决于水声定位信号的优劣,即该信号的稳定性和获取技术。介绍了一种基于码分多址的水下定位信号技术。该设计简单,较大地降低了水下通信的功耗,提高了功率利用率,较容易地实现了定位信息的发射,可靠性高,能够很方便地应用到多个基站。本文通过基于FPGA芯片实现分频电路,M序列、正弦波产生电路,给出...     

基于约束最大后验估计的水下航行器组合定位算法

针对水下航行器声学/航位推算组合定位系统,利用声信标与水下航行器间的几何定位结构关系,构建获得水下声学距离量测等式与不等式约束条件,通过最大后验(MAP)估计准则与标准扩展Kalman滤波(EKF)方法相结合,设计出声学距离量测约束下的水下航行器组合定位算法,实现了水声距离量测与航位推算信息的有效融合.数值仿真试验结果...     

某型水下航行体长报文通信机制

当前应用于水下航行体领域的“北斗一代”卫星导航系统的通信协议主要为短报文来实现“点对点”、“点对多”的通信方式,文中在分析现状的基础上介绍了一种基于“北斗一代”卫星导航系统的长报文可靠通信机制。经验证,该机制可有效提高水下航行体与地面保障设备的通信效率。     

船载式水声跟踪系统定位原理及误差分析

阐述了水下定位系统的研究意义和基本分类,介绍了船载式水声跟踪系统的定位原理、实现方法,以及优点和不足之处,给出定位计算及姿态修正公式。针对声速、基阵孔径、时延值和姿态角等参数对系统产生的误差,进行理论公式推导和分析,最后给出系统误差公式。结合误差公式和随机误差理论,分析了跟踪系统的定位误差来源,并给出减小误差的基本方法。     

Multifunctional and Wearable Patches Based on Flexible Piezoelectric Acoustics for Integrated Sensing,Localization, and Underwater Communication

Flexible and wearable sensors are highly desired for health monitoring, agriculture, sport, and indoor positioning systems applications. However, the currently developed wireless wearable sensors, which are communicated through radio signals, can only provide limited positioning accuracy and are often ineffective in underwater conditions. In this paper, a wireless platform based on flexible piezoelectric acoustics is developed with multiple functions of sensing, communication, and positioning. Under a high frequency (≈13 MHz) stimulation, Lamb waves are generated for respiratory monitoring. Whereas under low-frequency stimulation (≈20 kHz), this device is agitated as a vibrating membrane, which can be implemented for communication and positioning applications. Indoor communication is demonstrated within 2.8 m at 200 bps or 4.2 m at 25 bps. In combination with the sensing function, real-time respiratory monitoring and wireless communication are achieved simultaneously. The distance measurement is achieved based on the phase differences of transmitted and received acoustic signals within a range of 100 cm, with a maximum error of 3 cm. This study offers new insights into the communication and positioning applications using flexible acoustic wave devices, which are promising for wireless and wearable sensor networks.     

误差实时检测的水下LED光通信技术

为降低水下作业环境通信终端安装误差和机动目标指向误差的影响，给出了水下光通信系统架构，提出了一种基于气泡智能剔除的光斑识别定位算法，较好地解决了气泡对水下光通信链路稳定的影响，仿真结果显示该算法具有较好的鲁棒性。结合水下蓝绿光衰减较小的特点，设计了一种6个蓝光450 nm灯珠合束发射方案，提出了一种基于误差参量的链路模型；并在纯海水模拟信道环境下，通过仿真及等效实验表明:对于发射光强为平顶分布，偏轴误差在发散角10以内情况下，经过50 m信道衰减后，接收端接收功率-20 dBm，眼图张开良好；反之，通信性能急剧下降。     

水下无线光自动对准系统的设计与实现

水下无线光通信(UOWC)具有保密性好、容量大、传输速度快等优点,可应用于水下信息传输、资源勘查等领域,通信链路的快速建立和持续稳定是水下无线光通信实际应用的基本条件。在平台扰动和海水信道杂质干扰的条件下,如何实现远距离的快速对准是水下无线光通信必须解决的问题。针对水下无线光通信过程中系统发射端和接收端之间的链路由于干扰问题引起底层平台不断移动而无法对准的问题,搭建了一个基于激光二极管(LD)的水下无线光自动对准系统,该系统具有自动对准控制的特点,即系统在底层平台移动的情况下,依然可以实现链路的对准。