英國Sonardyne水下跟蹤定位系統(tǒng)技術(shù)交流

一、品牌與產(chǎn)品概述

Sonardyne International Ltd. 是一家總部位于英國的水下技術(shù)公司，成立于1971年。公司業(yè)務(wù)聚焦于聲學(xué)、慣性、光學(xué)和聲吶技術(shù)，為水下導(dǎo)航、定位、通信、成像和測量提供解決方案。產(chǎn)品覆蓋海上能源、海洋科學(xué)、海事防御和海洋機(jī)器人等領(lǐng)域。

Sonardyne的水下定位產(chǎn)品線主要包括超短基線（USBL）、長基線（LBL）和LUSBL系統(tǒng)。USBL系統(tǒng)通過測量船載收發(fā)器與目標(biāo)上應(yīng)答器之間的距離和方位來計算水下目標(biāo)位置。Ranger 2系列是其中的產(chǎn)品線，包含Micro-Ranger 2、Mini-Ranger 2和Ranger 2三個型號，覆蓋從淺水到深水的不同作業(yè)需求。

以下列舉該品牌的主要產(chǎn)品類型：

1 USBL定位系統(tǒng) 超短基線聲學(xué)定位系統(tǒng)，包括Ranger 2、Mini-Ranger 2、Micro-Ranger

2 LBL定位系統(tǒng) 長基線定位系統(tǒng)，Fusion 2 LBL

3 LUSBL系統(tǒng) Marksman LUSBL，用于動態(tài)定位參考

4 聲學(xué)應(yīng)答器（Transponders） 包括Compatt 6+、WSM 6+、Nano等

5 聲學(xué)釋放器（Release） RT 6系列，用于部署和回收海底設(shè)備

6 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS） SPRINT系列，聲學(xué)輔助水下慣性導(dǎo)航

7 多普勒流速剖面儀（ADCP） Origin系列，用于流速測量

8 水下通信系統(tǒng) Modem 6、BlueComm光學(xué)通信

9 聲吶成像系統(tǒng) 側(cè)掃聲吶、入侵探測聲納

10 水下監(jiān)測系統(tǒng) Observer、Fetch等資產(chǎn)完整性監(jiān)測設(shè)備

二、主要型號與技術(shù)參數(shù)

以下列舉該品牌的主要產(chǎn)品型號及其技術(shù)參數(shù)：

1. HPT 3000（USBL收發(fā)器）

HPT 3000是Mini-Ranger 2系統(tǒng)的核心組件，采用鋁青銅材質(zhì)，工作頻率20–34 kHz（MF頻段），測距精度優(yōu)于15 mm，定位重復(fù)性0.2%（使用外部MRU）或1.3%（使用內(nèi)部MRU），發(fā)射聲源級194 dB re 1 µPa @ 1 m，供電48 V dc，典型功耗15 W，工作溫度-5至40°C，空氣中重量19.4 kg，水中重量9.5 kg。

2. HPT 5000 / HPT 7000（USBL收發(fā)器）

HPT 5000提供全半球聲學(xué)覆蓋，適用于追蹤不同水深的多目標(biāo)。HPT 7000針對深水作業(yè)和高噪聲環(huán)境（如DP鉆井船）進(jìn)行了優(yōu)化。

3. MRT（Micro-Ranger 2收發(fā)器）

MRT是Micro-Ranger 2 USBL系統(tǒng)的收發(fā)器，用于追蹤潛水員和小型水下航行器。工作頻率20–34 kHz，作用距離995 m，水深等級25 m，聲學(xué)覆蓋大于200°，測距精度優(yōu)于15 mm，角度精度±3°。發(fā)射聲源級184 dB，供電48 V dc（典型1.5 W，最大25.5 W），空氣中重量1.84 kg。內(nèi)置磁力計，可即時進(jìn)行姿態(tài)補(bǔ)償。

4. Gyro USBL（一體化USBL收發(fā)器）

Gyro USBL將6G聲學(xué)收發(fā)器與高性能AHRS集成于一體，消除了傳統(tǒng)USBL系統(tǒng)中桿臂偏移、撐桿彎曲和船體形變引起的誤差。出廠前已完成水中校準(zhǔn)。

5. Gyro iUSBL（倒置USBL）

Gyro iUSBL將USBL收發(fā)器和AHRS/INS集成于一個鈦合金耐壓殼體中，水深等級7,000 m。工作頻率MF（20–34 kHz），作用距離7,000 m，聲學(xué)覆蓋±90°，測距重復(fù)性優(yōu)于15 mm。發(fā)射聲源級200 dB，Tone等效能量206 dB。航向精度0.05–0.1° secant latitude，橫搖/縱搖精度0.01°?？諝庵兄亓?/span>45 kg，水中重量24 kg?？膳cRanger 2 USBL配合使用，追蹤10,000 m以遠(yuǎn)的深拖設(shè)備。

6. Compatt 6+（智能應(yīng)答器）

Compatt 6+是第六代LBL應(yīng)答器，支持Wideband 3技術(shù)。水深等級3,000 m或5,000 m，工作頻率MF（20–34 kHz）。測距精度優(yōu)于15 mm。提供超過3,600種配置。傳感器遙測數(shù)據(jù)（壓力、深度、溫度）嵌入測距數(shù)據(jù)中傳輸。與現(xiàn)有Compatt 6庫存向后兼容。

7. RT 6系列（聲學(xué)釋放器）

RT 6系列包含RT 6-1000、RT 6-3000、RT 6-6000和RT 6-HD四個型號。水深等級分別為1,000 m、3,000 m、6,000 m和7,000 m。工作負(fù)荷限制從150 kg到2,500 kg不等。電池壽命：RT 6-1000超過13個月，其余型號超過32個月。與Ranger 2 USBL兼容。

8. SPRINT系列（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)）

SPRINT是聲學(xué)輔助水下慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，包含SPRINT 300、SPRINT 500和SPRINT 700三個型號。航向精度0.02°（secant latitude），橫搖/縱搖精度0.01°?？稍跓oGNSS信號環(huán)境下提供定位。USBL/LBL輔助可將精度提升4.5倍，結(jié)合DVL輔助可提升6至13倍。系統(tǒng)無需漫長的“對準(zhǔn)"周期，可即時啟動。

9. AvTrak 6（AUV跟蹤與通信系統(tǒng)）

AvTrak 6是安裝在AUV上的設(shè)備，集跟蹤、導(dǎo)航輔助和雙向聲學(xué)通信于一體。與Mini-Ranger 2或Ranger 2 USBL配合使用。提供三種尺寸以適應(yīng)不同規(guī)模的AUV。

10. WSM 6+（USBL應(yīng)答器）

WSM 6+是用于追蹤ROV、拖魚和水下設(shè)備的可充電USBL應(yīng)答器。水深等級1,000 m或4,000 m。兼容Micro-Ranger 2、Mini-Ranger 2和Ranger 2 USBL系統(tǒng)。

三、工作原理

Sonardyne水下跟蹤定位系統(tǒng)的核心是USBL（超短基線）聲學(xué)定位技術(shù)。

系統(tǒng)由三個主要部分組成：安裝在調(diào)查船上的聲學(xué)收發(fā)器、安裝在被追蹤目標(biāo)（如ROV、AUV、拖魚）上的聲學(xué)應(yīng)答器，以及運行定位軟件的船載計算機(jī)。

定位計算過程：收發(fā)器向水下發(fā)射聲學(xué)信號，應(yīng)答器接收到信號后回復(fù)一個應(yīng)答信號。收發(fā)器通過測量信號從發(fā)射到接收的傳播時間來計算收發(fā)器與應(yīng)答器之間的斜距（距離）。同時，收發(fā)器通過測量聲學(xué)信號到達(dá)陣列中不同換能器單元的相位差來計算方位角（方向）。收發(fā)器內(nèi)部或外部的姿態(tài)傳感器（MRU/AHRS）提供船體的橫搖、縱搖和航向數(shù)據(jù)，用于補(bǔ)償船體運動帶來的誤差。結(jié)合船載GNSS提供的船位、姿態(tài)數(shù)據(jù)、聲學(xué)測距和測向結(jié)果，系統(tǒng)即可計算出水下目標(biāo)相對于船位的絕對位置。

Sonardyne的Wideband寬帶信號處理技術(shù)采用擴(kuò)頻調(diào)制方式，相比傳統(tǒng)窄帶信號具有更好的抗干擾能力和多徑抑制能力。6G技術(shù)平臺提供了更快的數(shù)據(jù)通信速率和更穩(wěn)健的鏈路。單個6G設(shè)備可作為調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)記錄器和導(dǎo)航參考應(yīng)答器使用。

此外，SPRINT慣性導(dǎo)航系統(tǒng)將USBL/LBL聲學(xué)定位與慣性測量單元（IMU）相結(jié)合。慣導(dǎo)系統(tǒng)在短時間內(nèi)提供高精度相對位置，聲學(xué)定位提供絕對位置校正以抑制長時間漂移。這種混合方式在聲學(xué)信號暫時丟失（如水體曝氣、噪聲干擾）時仍能維持定位能力。

四、核心特點

1. Wideband寬帶數(shù)字聲學(xué)技術(shù)

Sonardyne的Wideband系列采用擴(kuò)頻信號處理，在噪聲環(huán)境和多徑干擾條件下仍能保持定位精度。Wideband 3技術(shù)將傳感器遙測數(shù)據(jù)嵌入測距數(shù)據(jù)中傳輸。該技術(shù)也減少了與相鄰聲學(xué)系統(tǒng)之間的相互干擾。

2. 6G技術(shù)平臺

第六代（6G）硬件平臺提供更快的數(shù)據(jù)通信和更穩(wěn)健的鏈路性能?；?/span>6G平臺的設(shè)備可實現(xiàn)向后兼容，同一設(shè)備可作為調(diào)制解調(diào)器、數(shù)據(jù)記錄器和導(dǎo)航參考應(yīng)答器使用。

3. Ranger 2系列的系統(tǒng)化設(shè)計

Ranger 2系列覆蓋從Micro-Ranger 2到Ranger 2的完整產(chǎn)品線，硬件和軟件平臺通用?？赏ㄟ^軟件包擴(kuò)展功能（如DP參考包、機(jī)器人控制包），最多可同時追蹤99個AUV。

4. 混合聲學(xué)-慣性導(dǎo)航

SPRINT系列將聲學(xué)定位與慣性導(dǎo)航結(jié)合，可在無GNSS信號環(huán)境下提供定位。系統(tǒng)可即時啟動，無需漫長的對準(zhǔn)周期。USBL/LBL輔助可將精度提升4.5倍，結(jié)合DVL輔助可提升6至13倍。

5. 部署靈活性與操作簡便性

Micro-Ranger 2可裝在便攜箱中、由電池供電進(jìn)行部署。Mini-Ranger 2可安裝在舷側(cè)撐桿或USV船體下方。Ranger 2可安裝在各類船舶上。Gyro USBL出廠前已完成校準(zhǔn)，減少了現(xiàn)場操作時間。

五、主要應(yīng)用領(lǐng)域

1. 海上油氣勘探與生產(chǎn)

Sonardyne的系統(tǒng)用于水下結(jié)構(gòu)安裝、管道鋪設(shè)監(jiān)測、動態(tài)定位參考等作業(yè)。Compatt 6+用于連接管段計量、管道觸底監(jiān)測和結(jié)構(gòu)安裝。Ranger 2可為DP（動態(tài)定位）船舶提供聲學(xué)位置參考。RT 6釋放器用于部署和回收海底設(shè)備。

2. 海上可再生能源

Sonardyne的技術(shù)用于浮式風(fēng)電場的系泊監(jiān)測和動態(tài)電纜形態(tài)監(jiān)測。公司與AMOG合作開發(fā)浮式風(fēng)電系泊系統(tǒng)的實時監(jiān)測方案。SPRINT-Nav DP可在近?？稍偕茉错椖恐?/span>GNSS信號被遮擋或干擾時提供定位。

3. 海洋科學(xué)研究

Ranger 2 USBL系統(tǒng)被美國國家科學(xué)基金會（NSF）的研究船選用，用于在深水海域跟蹤和通信。系統(tǒng)用于海底地震監(jiān)測、海嘯早期預(yù)警、深海環(huán)流研究等。Sonardyne為英國碳捕集與封存（CCS）項目提供海底地震監(jiān)測服務(wù)。

4. 海事防御

Sentinel聲納用于港口、軍艦和離岸設(shè)施的水下安防。系統(tǒng)可探測潛水員和UUV等水下目標(biāo)。Mini-Ranger 2可在靶場同時追蹤多達(dá)10名潛水員。AvTrak 6用于AUV的跟蹤、通信和任務(wù)控制。

5. 海洋機(jī)器人

SPRINT系列為AUV和ROV提供導(dǎo)航定位。SPRINT-Nav U是尺寸較小的混合聲學(xué)-慣性導(dǎo)航儀，適用于緊湊型海洋機(jī)器人平臺。AvTrak 6可在AUV出現(xiàn)故障時用于定位和回收。系統(tǒng)支持多AUV協(xié)同作業(yè)。