一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构的制作方法

本发明属于水下声学定位与导航，具体为一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构。

背景技术：

1、海底基准站是构建水下高精度定位网络的核心基础设施，其作用类似于陆地上的gps参考站。通过将声学应答器固定于海床，水面舰船或水下航行器可通过声学测距获取自身相对于基准站的位置，从而实现水下导航定位。

2、海底基准站投入使用的关键前提是标校，即精确测定其在水下的三维地理坐标（经度、纬度、深度）。传统标校方法通常采用大型测量船，在基准站上方航行，通过船载声学换能器与海底应答器进行测距，并结合船载gnss（全球导航卫星系统）定位解算基准站坐标。

3、现有技术在实际应用中，大型测量船作业费用高，且受海况影响大，恶劣天气下无法作业，传统的布放作业与标校作业通常分两次进行，增加了海上作业时间和协调难度海底基准站布放过程中，缺乏专门的缓冲与释放结构，容易因冲击或缆绳缠绕导致设备损坏。

技术实现思路

1、针对现有技术缺陷，本发明提供一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，解决传统有人船作业风险高、工序割裂、基准站漂移无法自检、水声释放易误触发、布放点位偏移、后期复测成本高的技术问题，实现海底基准站下放、坐底标校、锁止布设、原位漂移监测、可控编码回收全流程无人化一体化作业，提升海底基准布设精度、作业效率与设备使用安全性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，包括水面无人平台以及海底基准站；所述水面无人平台搭载卫星定位接收机、姿态传感器及声学换能器；所述海底基准站固定部署于海底，包含声学应答器、主控电子舱、释放机构及配重底座；其中，所述水面无人平台通过声学换能器与海底基准站的声学应答器进行声学测距，结合水面无人平台实时采集的卫星定位坐标，融合平台姿态修正参数解算海底基准站的绝对坐标，完成海底基准站高精度标校。

4、进一步地，所述水面无人平台还配置为：在基准站坐标标校完成后，通过声学换能器向海底基准站发送专属声学布放指令，触发海底基准站内置释放机构联动动作，完成基准站坐底锁止布设。

5、进一步地，本系统还配套布设布放吊缆、释放缆以及声学释放器；所述布放吊缆连接于水面无人平台与海底基准站之间，用于将海底基准站整体从水面无人平台吊放至海面以下指定水深位置；所述释放缆连接于海底基准站的上浮体与配重底座之间；所述声学释放器安装于海底基准站框架上，配置为接收水面无人平台发送的专属声学释放指令，切断或脱开所述释放缆，使上浮体与配重底座完全分离。

6、进一步地，所述布放吊缆的上端可拆卸连接至水面无人平台自带的电动吊放装置，下端可拆卸连接至海底基准站外置吊环或一体化承载框架，拆装便捷，适配不同型号基准站吊装作业。

7、进一步地，所述释放缆的预设长度大于作业海域实际水深，在基准站全程布放下沉过程中保持松弛无拉力状态，在海底基准站完全坐底后呈自然弯曲贴合海底状态，避免下沉、坐底阶段缆体拉力拖拽基准站偏移布设点位。

8、进一步地，所述声学释放器内置声学解码模块和机械钩锁装置，采用专属编码加密通信机制，仅在接收到预设专属编码的声学指令时解锁脱扣，对海域杂波、通用水声信号不予响应，杜绝误解锁、误脱落问题。

9、进一步地，所述上浮体包含高密度耐压浮球组及防水密封电子舱，上浮体整体配置恒定正浮力，在释放缆脱开分离后，依托自身正浮力带动主控电子舱、声学应答器上浮至海面，便于水面无人平台就近打捞回收核心电气部件。

10、进一步地，所述海底基准站还包括至少三个辅助信标，全部辅助信标以主基准站为中心呈正多边形均匀分布布设海底，构建基准监测阵列；所述主基准站的主控电子舱内集成有阵列自检校模块，阵列自检校模块配置为周期性测量主基准站与各辅助信标之间的声学距离，并根据时序距离变化精准检测主基准站海底沉降、水平滑移位置稳定性。

11、进一步地，所述阵列自检校模块包括定时测距单元、距离记录单元、漂移判定单元；其中定时测距单元控制主基准站按预设时间间隔依次向各辅助信标发送测距询问声学信号；距离记录单元本地存储海底底质稳定后采集的主辅基准初始距离值，以及后续历次辅助信标返回的实时测距值；漂移判定单元将实时测距值与归档初始距离值做差值比对，当距离差值变化超过预设判定阈值时，生成基准站位置异常漂移信号，同步存储异常数据并上传至水面无人平台。

12、进一步地，所述辅助信标为一体式可抛弃式结构，信标内部仅集成水声应答测距电路与储能电池，不设置独立的回收释放机构、上浮浮力结构，漂移监测周期结束后可永久留存海底，降低阵列布设整体造价。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、通过水面无人平台替代传统有人测量船，实现海底基准站布放与标校一体化作业，单次出海即可完成设备下放、坐底标校与坐标解算，大幅降低作业成本与人员安全风险；采用分级缓冲布放结构与编码声学释放器，有效抑制坐底冲击导致的点位偏移，并避免环境噪声引发的误触发，提高布放精度与释放可靠性；优选方案中，通过主基准站与多个辅助信标构成海底阵列并集成自检校模块，可周期性监测主站与辅站间声学距离变化，实现基准站位置的原位自主监控，将位移发现延迟从传统方案的数月至一年缩短至小时级，同时将后期复测频率降低80%以上，显著削减深远海长期部署的全生命周期成本。

1.一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于，包括：水面无人平台（1），搭载卫星定位接收机（11）、姿态传感器（12）及声学换能器（13）；

2.根据权利要求1所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述水面无人平台（1）还配置为：

3.根据权利要求1或2所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于，包括：布放吊缆（3），连接于水面无人平台（1）与海底基准站（2）之间，用于将海底基准站（2）从水面无人平台（1）吊放至海面以下；

4.根据权利要求3所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述布放吊缆（3）的上端连接至水面无人平台（1）的吊放装置（14），下端连接至海底基准站（2）的吊环或框架。

5.根据权利要求3所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述释放缆（4）的长度大于水深，在布放过程中保持松弛状态，在海底基准站（2）坐底后呈自然弯曲。

6.根据权利要求3所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述声学释放器（5）包含声学解码模块（51）和机械钩锁装置（52），仅在接收到预设编码的声学指令时解锁。

7.根据权利要求3所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述上浮体（25）包含浮球组（251）及密封电子舱（252），在释放缆（4）脱开后产生正浮力，带动主控电子舱（22）上浮至水面。

8.根据权利要求1所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述海底基准站（2）还包括至少三个辅助信标（6），以主基准站为中心呈多边形分布在海底；

9.根据权利要求8所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述阵列自检校模块（7）包括：

10.根据权利要求8所述的一种基于水面无人平台的海底基准站标校系统及布放结构，其特征在于：所述辅助信标（6）为可抛弃式结构，不设置独立的回收释放机构。