1、浅谈水声定位技术及其在海洋测量中的应用摘要：水声定位是建立在超声波传播技术基础之上的一种海上定位技术和方法。水声定位技术在海洋环境观测、海洋测绘、资源勘探和水下通信中起了重要作用，在海洋工程中有着广阔的应用前景。本文探讨了水声定位技术及其在海洋测量中的应用。 关键词：水声定位技术 海洋测量 应用 声波是唯一能在海水中远距离传播的信息载体。水声定位技术在海洋环境观测、海洋测绘、资源勘探和水下通信中起了重要作用，在海洋工程中有着广阔的应用前景。 一、水声定位技术概述 水声技术始于第二次世界大战初期，海洋探测和海军的需求是水声技术发挥的两大基本推动力。第二次世界大战后，水声技术在民用方面的应用日益广
2、泛，海洋开发、捕鱼、海底地质测绘、导航、水下机器人研制等方面都有水声设备的应用。目前，声波是海洋中唯一能远距离传输信息的有效载体，因此水声技术作为海洋开发的主导技术之一。 水声技术是获取和传递水下信息最有效的手段，这是无线电和光电设备等用于水下都显得无能为力的根本原因。水声技术的工作环境是海洋，信息载体是声波，工作目标是水中目标，这使水声技术具有自己的独特之处。 水声定位是建立在超声波传播技术基础之上的一种海上定位技术和方法。通过测定声波信号传播时间或相位差，进行的海上定位。它具有明显优点：可以同时满足定位的高精度及远距离要求，并能弥补因无线电波在水中衰减快而不能用于水下载体定位的缺点。 传统
3、的水声被动定位技术是六十年代研究开发出来的，这类定位技术利用沿不同距离路径传播的水下声脉冲间的时间差或相位差对水面、水中目标进行定位，其典型代表就是三子阵法和球面内插法。三子阵被动测距方法是己经实用化了的被动定位技术，它是六十年代后期出现的噪声测距方法。它利用时延估计技术求出到达三个基阵的相对时延，然后得到目标的方位和距离，在工程上已经得到广泛应用。 水声定位系统（acousticpositioningsystem） ， 由水下声标、船上的声学接收、发射设备组成的定位系统。近二十年来水声导航和定位系统在集成化、数字化和自动化方面取得了进展。在开发海洋中，各类载体的精确导航和定位问题很重要。 匹
4、配场声源定位是国际上新兴的水声定位方法，它根据海洋声信道性，在声场建模的基础上，运用一定的匹配场处理算法反演声源位置。匹配场定位技术充分利用了海洋信道特点来反演声源位置，因此它可以有效消除信道对定位的影响，它的定位精度比传统的被动定位精度高。 目前世界各国都加紧了对水声定位技术的研究和开发。国外水声定位技术较为先进，目前其定位系统已产品化、系列化。 二、水声定位技术在海洋测量中的应用 当今世界，随着科学技术的迅猛发展，资源的需求量急剧增加，陆地资源大量消耗，早已供不应求。因此，人类必将大力开发海洋资源来满足科学发展的需要，而开发海洋资源则需要修建大量的水下工程。在水下工程的修建过程中，测量定位
5、是至关重要的。从某种意义上说，测量定位的精确与否，将直接决定水下工程施工的质量和效率的高低。水下测量定位的技术主要有潜水员借助原始测量工具进行测量、声纳测量、全站仪测控（浅水范围，借助水上测量点观测）和 GPS 等。 传统的海道测量主要是在沿岸海域进行。沿岸海域在天气较好、风浪较小的时候测量，通常使用光学仪器，利用陆地目标定位。这与陆地测量定位有些相似，只不过天气再好，测量船也是摇摆不定的，因而海洋测量定位精度要比陆地测量定位精度低得多。现代微波测距、激光测距等先进仪器的使用，对海洋测量定位精度的提高十分有利。随着航海、海洋开发事业逐步向远海发展，海道测量也由沿岸逐步向远海发展。使用光学仪器和
6、陆标进行定位已不能满足要求。为此，研制出了多种无线电定位仪器，近程的如无线电指向标、无线电测向仪、高精度近程无线电定位系统等；中远程的如罗兰 C、台卡、奥米加、阿尔法等双曲线无线电定位系统。这些定位系统定位距离都比较远，但精度一般都比较低。由于中远海海底地形都比较平坦，精度略低不会影响测量成果的使用。因此仍能满足航海等的需要。但是，现代海洋开发事业已远远超出交通运输，对海洋的资源调查勘测、海洋工程建设、海洋科学的研究等，需要更精确的测量成果。 今天，结合计算机的现代水下测量定位技术在测量定位方面具有不可替代的作用，已经被广泛地应用在诸多水下工程领域中，其精确度远非人工测量定位技术可比。全站仪和
7、 GPS 等测量定位是现代测量定位技术的代表，用以实施水下工程的测量定位，可以节省大量时间，大大提高水下工程施工的质量和效率。水声工程控制原理有效的应用于声纳。声纳是利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备。声学（声纳）是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声纳技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。 水声定位技术在军事和海洋科学领域都有广泛的应用，它在保障国家的国防安全和国民经济建设的顺利进行
8、中起着重要作用。基于测时的长基线水声定位系统由于定位精度高、范围广的特点是常用的定位方法之一。根据不同的工作方式可以选取不同的定位数学模型，包括球定位数学模型、双曲线定位数学模型等。无论选用哪种定位数学模型，目标与水听器之间的斜距都是通过传播时间与声速的乘积获得，通过求解非线性方程组进行目标位置估计。目前普遍采用经验声速的方法获得声速值，它适用于声速剖面变化不大、海底与海平面对声传播的作用可以忽略的深海海域或者短距离定位的情况。浅海海域由于自身的特点对声传播影响很大，浅海两点的声速值由于不同的到达结构而不同。 水声测量技术在海洋观测和水下目标定位中占有很重要的地位，是实现水下目标定位的主要手段
9、。随着技术的进步，新型声纳设备纷纷涌现、层出不穷，新型声纳技术的发展不断对水声测量技术提出适应现代新技术发展的更高要求。水声测量技术是水声技术发展的重要支柱与保障，它不但是校准测试或鉴定水声换能器所必需的，而且是人们间接的用水声换能器来产生和测量一个水下声信号所必需的。为了更好地适应目前水声设备类型的增多、频率范围的扩展、性能的提高与功能集成化的发展需求，水声测量技术也需要顺应时代的发展不断应用现代电子、数字及其它科学技术实现自身的进步。因此利用现代信号处理手段，研究水声测量技术对解决传统测试条件下面临的技术问题和测量精度的提高具有重要意义。 综上所述，陆地上的资源有限，而海洋蕴藏着丰富的资源。在海水里，大量信息的采集只能通过声波来解决。随着人们对海洋开发的重视，人类进一步探测海洋、开发海洋的步伐会加快，水声定位技术在海洋工程中的应用将会得到更快更好的发展。 参考文献： 1孙万卿；浅海水声定位技术及应用研究D；中国海洋大学；2007 年 2吴永亭，周兴华，杨龙；水下声学定位系统及其应用J；海洋测绘；2003 年 04 期 3高红；张丕状；基于浮-信标网络的水下声学定位关键技术研究J；中北大学学报（自然科学版） ；2011 年 02 期
