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我国首套水下高精导航定位系统开发成功(2)

  质量控制是系统开发关键

  水下GPS系统是GPS系统和水下声学系统的集成,主要由差分GPS基准站、水下收发机、GPS浮标和船基控制中心等四部分组成。

  “该系统可以将水面浮标看成是GPS卫星,水声信号看成是GPS无线电信号,水下目标看成GPS接收机,水下目标在水中可以任意移动,系统实现动态定位。同时,系统各部分采用无线连接。水中通过水声信号,水面采用无线电信号,所以该系统称为水下GPS系统。”

  程鹏飞介绍说,当水上用户需要跟踪水下目标时,就从数据控制中心的监控界面向水下导航收发机(安装在水下目标上)发送定位请求信号,水下导航收发机激活后向GPS浮标发射定位信号,GPS浮标将水声定位信号、浮标姿态校准数据、GPS信号等信息进行调制后发送到数据控制中心。数据控制中心将GPS基准站差分信号与以上信息融合处理后计算出水下目标的位置,并动态显示水下目标在大地测量坐标系中的位置。

  同样道理,当水下目标需要导航时,水下用户通过用户接口激活安装在水下目标上的水下导航收发机,向GPS浮标发射定位信号,同时向数据控制中心发射导航请求信号。数据控制中心将信息融合处理后计算出水下目标的位置,经调制后发射到水下导航收发机。

  该系统不仅可以从水上(海面、沿岸陆地或飞机上)对水下目标跟踪监视和动态定位,还实现了水下设备导航、水下目标瞬时水深监测、水下授时、水下工程测量控制和施工放样等功能。

  水下GPS系统是一项综合大地测量、水声工程、无线电、海洋设备与机械工程和海洋物理等多学科复杂的系统工程。系统研制过程的质量控制是成功开发系统的关键。

  为此,项目组以系统工程为指导,形成水下GPS系统的技术指标体系,并在此基础上,建立了系统研制全部过程的量化质量控制体系。在研制过程中,项目组始终关注着关键技术的研制开发、子系统接口与集成、系统联调与集成的质量,从而保证了水下GPS系统的研制开发按照事先设计的总体方案顺利进行,并突破了多项技术难关。如自主研制加工的信号处理板、控制板累积48块,进行关键技术测试与局部试验30多项,在研制过程中几乎没有出现较大工作量的返工,特别是系统集成与联调工作基本一次到位,湖上试验也一次获得初步成功。

  “差分方法”居世界领先

  物体的定位包括空间和时间精度,系统时钟同步技术成为进行系统设计的关键。

  GPS浮标是水下定位系统的核心部分。浮标本身要有精确的定位,因为它是水下目标定位的“参照物”。但是,与陆地标志不同,水面浮标随时漂移,如何实现高精度的动态定位是项目组面临的难题。

  “国外水下GPS系统采用的是高精度时间基准,又称原子钟。但我们认为,原子钟不仅体积大、造价高,而且难以消除误差累积。”程鹏飞说,项目组采用“差分方法”巧妙地解决了这个难题。

  系统的水面浮标一般有4个。水下目标发射定位信号,水面各个浮标接收同一水下信号的时间不同。“利用这一现象,就像求解方程式一样,求解出浮标的时间基准。”程鹏飞说,该项目由此被称为“差分GPS水下立体定位系统”。

  专家认为,我国自主研制开发的水下GPS高精度定位导航系统,没有国外水下GPS系统必需的高精度原子钟,也能达到较好的精度。因此,不论在测量精度、水下自动化程度,还是在应用范围等方面都优于国外的水下GPS系统,研究成果达到国际领先水平。

  据介绍,在解决100米浅海的单目标精密定位关键技术问题的基础上,“十一五”期间项目组继续开展深入研究,正在积极攻关浅海多目标精密水下跟踪和定位以及2000米水深的精密水下定位关键技术问题。

  “多个目标的深水精密定位技术一旦突破,水下GPS系统在海洋监测、水下工程、国家安全等方面发挥的作用将会更大。”程鹏飞如是表示。

(责任编辑:admin)