SonardyneUSBL培训教程

1、超短基线声学定位跟踪系统超短基线声学定位跟踪系统李明波李明波青岛海洋研究设备服务有限公司青岛海洋研究设备服务有限公司英国英国Sonardyne公司公司超过30时年的声学技术先锋，引领该行业的发展方向；一家专注于声学工程的公司，因为专一所以专业；卓越的系统性能和可靠性，保证用户的工程可靠性； 无比卓越的高性价比，将为用户节省大量的费用遍布全球的销售网络和代理商，保证最快捷的沟通；24小时，365天现场支持，保证最及时的售后服务。 水下建筑物的定位（钻井平台、导管架） 国土安全（港口反蛙人系统） 钻探（钻井船动力定位） 地震勘探（地震电缆定位） 海岸带产品（浅水型） 海上油田产品（ROV、潜水员定

2、位）海洋测量和考察（拖鱼、声学释放器）声学跟踪技术声学跟踪技术常规水下ROV跟踪示意图主要包括：母船上安装甲板单元船侧安装发射接收机ROV上安装信标外围辅助GPS,VRU,Gyro图示中显示了两种应答模式1.Transponder模式通过船体安装的发射接收机发出的声学信号触发2.Responder模式通过ROV的脐缆通过电信号直接内部触发这两种模式都可以实现ROV的水下定位 噪声 发射接收机同船只螺旋桨之间的相对位置? 如果发射接收机太靠近螺旋桨则系统会受到来自螺旋桨的噪声影响. 发射接收机 有指向性还是全向布置？ 操作、测量船、水深 水下信标 发射声源级 全向信标 指向性信标安装 (指向性的

3、信标必须指向发射接收机的换能器部分) 工作频率 必须在工作距离和精度之间做出选择 问询方式 发射接收信标/应答器 (Transponder/Responder)声学信号衰减声学信号衰减上述方程式中:SNR = 信噪比SL = 声源级TL = 信号衰减N = 噪声信噪比 = SL-TL-N声源级NOISENOISENOISESVP会影响到所有的声学系统的工作（温度、盐度造成海水密度不同）. 声速在整个水深的剖面内是不相同的（左图）. 由于声速的不同造成了声波在水体中的传播不是直线前进的（右图）.因此我们需要知道测区的声速剖面，并尽量的将发射接收机沉到更深的水面以下，并且建立测区的声速剖面模型。M

4、UX开关On / Off插座100-240VAC串口9-PinUSB 2PS/2(键盘)USB 2话筒Line Out接地端子SVGADVI输出并口25 Pin (LPT2)Line InRJ45 口(LAN)并行口25 Pin (LPT1)PS/2(鼠标)电源输出Red = +12VBlack = 0V电源On / Off插座100-240VAC122111109876543板卡插槽 同步罗经 Responder触发器 Dual RS232 Dual 485 RS232 / VRU RS232 / Current Loop 24V Transceiver (Port 2) 48V Trans

5、ceiver (Port 2-4) Dual RS232 * Dual 485 * RS232 / VRU * RS232 / Current Loop * Only Port A is available on these cardsPort APort BLink Port RS232 RJ45 EthernetDEPLOYMENT POLE SENSITIVITY TO CURRENT(either ship thru water or water past ship) Enter data into unshaded boxesRAH Poleflap8 12 Aug 98Transc

6、eiver mass (wt in air) kg27Data table boxPole material number (see data box)1123Pole material Steel SteelAl.Bronze AluminiumDensity of pole material kg/m37800780077002700Youngs Modulus GPa21021012371Proof stress MPa430430250250Outer diameter mm166Inner diameter mm146 POLE loading and resonant respon

7、seLength protruding from fixture m2.3 Reynolds number at 20C854900Length from fixture to hull m1.2 Drag coefficient Cd (see notes)1.2Deployed length below hull m1.1 Flow drag /unit length exposed2708 N/mVelocity thru water (current) knots 10 Total drag force2978.8 N m/s5.15 Peak matl stress at fixtu

8、re MPa29 GOOD(compare with proof stress)Critical velocity (current) knots31.4 Resonant frequency of pole Hz19.5(when the vortices drive the resonance)Vortex shedding drive freq Hz6.14 GOOD(compare with 80% of pole resonant frequency)FIXTURE loading -Sonardyne type 7950 deployment machine braced to s

9、hip structureMoment at lower support point5.21 kNm(due to drag forces dependent on velocity)Effective dist between bracing points0.622 mAdditional calculationsForce couple across bracing points8.38 kN orX-section area cm49.00885(hull fixing strength discounted)854 kgfArea moment (cm)1496.975Minimum

10、fixture stiffness requiredMass of protruded pole kg87.92187to maintain alignment to 1 milliradian90.9 kNm/degRes freq pole (no tcvr) Hz30.36963DESIGN fixture stiffness 1000 kNm/degEquivalent tip mass kg21.2898(must be sufficient to avoid excess USBL tilt error and tokeep the pole resonant frequency

11、high)EFFECTS ON THE TRANSCEIVER MOUNTED AT THE TIP OF THE POLETransceiver tilt angleLateral compliance The contribution ofPole bending under load0.09 degrees1.29 m/MNthe fixture flexure toFlexure of pole mountings0.01 degrees0.09 m/MNthe total movementTotal movement of transceiver at tip0.1 degrees1

12、.38 m/MNshould be smallUSBL directional error % slant range0.17 GOOD 0.2% slant range limit ( 0.11 if overhead) Notes: For Reynolds numbers up to 100,000, Cd = 1.2, but it falls to around 0.5 by Re =1,000,000. Cd = 1.2 is a conservative assumption unless there is a poleflap resonance. Drag forces ar

13、e only applied to the protruding section.该功能的主要作用通过该功能我们能够有效的测量和分析周围的所有噪声情况并从而协助我们在系统出现问题是能够及时所定问题的所在。并且我们通过该功能可以有根据的选择和设定水下信标的频率从而能够有效地避开高噪声区，从而人为积极的提高整个系统的信噪比，提供系统工作的稳定性。Transponder/Responder（8070）指向性信标3,000m 耐压深度数据遥测快速可充电电池测试和设置软件Transponder/Responder（8071）全向信标1,000m 耐压深度数据遥测快速可充电电池测试和设置软件1.系统发射出

14、去的声波信号被作为复制品存储在接收机中； 2.相关性功能会提供一个非常好的用于检测的信号峰值； 3.这个峰值自身的时钟是非常精确的；4.而其他的编码和频率（例如：其它的通道）就不会同这业已存储的声波信号有相关性从而就被系统剔除掉。45050055060065070075080000.10.20.30.40.50.60.70.80.918ms tone plus noise and no multipath 45050055060065070075080000.10.20.30.40.50.60.70.80.918ms wideband plus noise and no multipath 音

15、频信号音频信号:宽带信号宽带信号:778mTone BurstWideband标准偏差标准偏差 0.14m标准偏标准偏 0.01m什么是多路效应？它能够给系统测量带来什么样的影响？传统的音频信号传统的音频信号 45050055060065070075080000.10.20.30.40.50.60.70.80.918ms tone plus noise and multipath 1.0176ms delay 45050055060065070075080000.10.20.30.40.50.60.70.80.918ms wideband plus noise and 1.0176ms mul

16、tipath 宽带数字信号宽带数字信号直线路径直线路径多路效应多路效应将近10米的位置跳变不到10厘米的位置跳变PP (传统音频信号传统音频信号) 通过将时间“t”进行反推从而获得发送的命令和数据 由于这种方式需要很长的时间间隔因此传输的速率很慢 t11110000FSK (频移键控频移键控) 数据传输速率受制于每位字节的发送周期 数据的传输速率可以通过增加更多的频率来实现，但是设备昂贵非常不经济传输速率也慢。RPSK (更可靠的频移键控更可靠的频移键控) 使用相位的变化来实现更多数据的编码 数据传输速率更快更可靠； 数据传输速率可以达到1.5kbits/s hkjbrcHDRL (高速数据传

17、输连接高速数据传输连接):中频系统的的数据传输速率 (18-36kHz): 15kbps有效的传输速率可达 10,000 bpsHeaderTrainDataTailHeader航速: 3 knots 2.2 km这么高的数据传输速率能够传输很的文件包括实时传输图像文件！M502M501M401M301M201M101M103M102FPSO & Riser TowersSBM1 KmPRIDE ANGOLAPRIDE AFRICAPRIDE ANGOLAPRIDE AFRICASEACOR VOYAGERSEAWAY EXPLORERSEAWAY POLARISSEAWAY EAGL

18、EMALILASEAWAY LEGENDDrill ships require acoustic positioning for DP due to periods of instability in DGPS positioning水下工程船需要定位水下工程船需要定位ROV和水下的建筑物和水下的建筑物 因为现在的施工是多工种多因为现在的施工是多工种多任务交同步实施的，因此需任务交同步实施的，因此需要能够包含更多通道的设备要能够包含更多通道的设备同时工作，如上图。同时工作，如上图。克服了周围噪声和多路效应提高了系统的性能更少的干扰-提高了对多路效应的抗干扰能力-错误更少大幅度的提高了整个系统的数据传输速率-更加容易设定和系统校准-外围传感器（压力）的数据镶嵌在了声学信号中提高了测距精度-宽带的中频系统的测距精度甚至优于甚高频系统的精度.提高了系统的效率-能够更加有效的利用电池的能量，整体提高的幅度在-而且增加了系统最大的探测距离更加有效的利用了当前有限的信号带宽-超过个以上的真正独立的无干扰的信道通过将一个新表沿着垂直方向放置到水下然后精确测量出信标相对于发射接收机的左右偏移量（，