500kV海底电缆定位上报系统处理关键技术研究.docx

       500kV海底电缆定位上报系统处理关键技术研究                     摘要:水声定位电缆测量系统集浮标和浅标于一体，可对监视水域内的各种海底电缆目标进行全天候的海底测量，增加高精度，保证了系统随时准确预测水下电缆的轨迹为了保证系统的精度，本系统采用了一种频率比较校正算法，以明确确定时间计算的精度，该系统最重要的控制软件通过融合时间、位置和声学测量信息，实现对被测目标的跟踪和对水下单元海底电缆的处理，得到并报告海底电缆的功率谱密度潜标试验结果表明，系统定位结果稳定可靠关键词:水声定位；海底电缆测量；浮标；潜标引言水声浮标是获取水声目标设备电缆定位信息的重要工具水声浮标能够满足不同的海况，对不同的环境具有良好的适应性，能够进行长期、可靠、连续、多阶段的同步测量，传播了水声潜标在海洋科学研究和军事上的启示水声浮标是广泛应用于水下目标定位、探测和监测的重要水声设备该系统性能可靠，技术先进，实现简单，效果良好在实际应用中，可以利用多个水声浮标组成一个水声定位浮标阵列，实现对水下目标的实时定位或航迹测量和实时位置监测提出了一种由水声定位浮标和海底浮标组成的水声定位测量系统，由海底浮标负责电缆定位和测量测水范围；多位置浮标负责同步定位和航路监测对于水下目标，水系统显控平台通过传输水声控制命令来控制系统的整个运行过程，并能实时接收到水声设备的水声信号。

显控平台能实时接收到信号，根据用户要求，对水下目标电缆定位的频谱、声源高度、功率谱密度以及分析数据如何实时呈现进行分析、分析和计算，并进行数据再现和处理；1系统组成基于浮标与潜标结合的水声定位电缆定位测量系统主要由4个定位浮标、无线通信基站、显示控制平台、潜标和甲板单元组成，其系统配置如图1所示图1系统配置示例该系统由四个定位浮标组成该阵列能够实时捕获和处理来自水下单元的水声信号，并将无线通信功能上的数据传输到显示控制平台上，无线通信基地可提供定位波束阵列和水上显示控制平台的高精度定位功能水下显示平台用于管理整个水声系统，完成水下单元的定位计算功能、水下电缆定位数据的分析显示、数据回放等功能具有声发射、声测距、水声电缆信号接收、水声信号通信等功能如果系统正常工作，潜标浮标可以接收到甲板单元发出的水声请求信号和控制信号，并与甲板单元配合实现水声目标，水声设备的释放和水声信号的采集：潜水浮标在机械结构上有机械分离装置为了实现系统设备的回收，在显示平台下，可以向机械结构发出声音指令，打开潜水浮标上的携带物，使水下浮标漂浮在浮球下，完成设备的回收功能在后期，方便用户输出水下浮标的记录数据，并进行后续的数据分析和处理。

2系统工作原理该系统利用4个浮标的数据，根据几何原理进行实时定位定位系统基本阵元之间的距离将为基长，系统利用长基定位原理解决水下目标的实时定位问题基底长度可以与海深相比较，一般是几百米到几千米不等2.1长基线工作原理定位系统由几个浮标组成通过测量每个浮标到达被测目标的时间跨度，计算出浮标与目标之间的距离，然后根据其几何关系计算出目标的位置该定位系统的优点是定位精度高，工作路径长，定位精度与水深无关利用GPS系统计算出的浮标位置与浮标高度同步，得到浮标的绝对位置和浮标高度同步2.2系统误差分析系统中，目标定位误差主要由UPS水平误差、系统的时延测量误差和由水声信道不同所导致的水声误差引起，通过蒙特卡罗反演方法川仿真分析这3个误差源对目标定位精度的影响设定4个浮标的坐标分别为:(0 m,0m),(1500m，0m)、(0m，1500m)和(1500 m，1500m) , UPS定位误差为5 m,测时误差0.3 ms,平均声速相对误差为3%将4个浮标围成的阵内区域按50 mX 50 m分割成网格状，对网格的所有节点统计水平定位均方根误差，得到目标定位均方根误差分布如图3所示其中每个网格内定位误差大小以黑色到白色渐变颜色来标记，m。

图2是对100组样本进行的仿真统计图2系统误差分析由仿真结果可看出，只需保证目标落在阵内区域，则其水平面上的定位误差小于7m(均方根值)2.3信号检测与估计原理为了提高信号检测和保证时延测量的精度，接收机对转换器接收到的水声信号进行模数转换，并通过自适应陷波开关对信道电缆定位进行滤波，以滤除有用的信号信号检测模块采用窄带开关检测器、宽度检测器、瞬时频率和方差检测器，保证了较高的信号检测性能由于系统工作在窄带垄断状态下，带宽和频率点密集分布，低频信号的第二、第三频率在工作频段内因此，强信号的侧带频谱会通过相邻的信道而对相邻信道产生严重的脉冲干扰，是信道引起的通过增加一个电流频率变化检测器，并与传统检测器相结合，可以有效地抵抗信道间的串扰和脉冲干扰系统的联合判决如图3所示图3 Notch滤波和VIFD联合判决脉冲搜索的过程就是信号识别的过程在每个同步周期中，每个通道只能上传三个脉冲，必须选择所有检测到的脉冲这是脉冲选择的原则，即必须选择每个同步周期的第一个脉冲，而其它幅度较大的脉冲应在脉冲中选择，具体的选择方法是：将一系列相邻的脉冲分成一组如果最后两个脉冲之间的时间间隔超过500毫秒，则将它们分成不同的组。

最后一个脉冲是该组的第一个脉冲，第一个脉冲被打包并存储在数据传输缓冲器中；每个同步周期记录当前周期的最后一个脉冲的延迟，用于与下一个同步周期的第一个脉冲进行比较，以确定它是否是组的第一个脉冲如果脉冲超过同步时间，则脉冲参数存在于临时存储器范围内下一个周期继续检测，测得的脉冲延迟相对于当前周期为负值结论介绍了一种基于浮标和海底浮标的电缆定位测量系统通过增加高精度测量和GPS，系统可以精确定位环境和水下目标本系统集成时间、位置和电缆定位信息，对水下目标轨迹和电缆定位结果进行分析，为用户在海试中同时对比多条电缆在同一速度下的定位结果多次测量的频率电平误差约为0.8db将目标轨迹的定位结果与目标位置的真实值相比较，系统的定位误差在0.5m左右，通过多次长期测量验证了系统的稳定性和可靠性参考文献[1]邓元军,杨志国,张建峰,胡兴豪. 新的声波二次定位技术在海底电缆地震勘探的应用[J]. 地球物理学进展,2013,28(05):2718-2724.[2]侯志民,施健,胡斌. 侧扫声纳和浅地层剖面仪在海管断裂点定位中的应用[J]. 海洋测绘,2017,37(01):79-82.[3]. 俄打造水下“格洛纳斯”系统[J]. 现代军事,2017(01):17.[4]李永倩,赵丽娟,杨志,吕安强,吴飞龙,孙景芳,李星荣. 基于BOTDR的海缆3D立体监测系统设计与实现[J]. 仪器仪表学报,2014,35(05):1029-1036.[5]金翔龙. 海洋地球物理研究与海底探测声学技术的发展[J]. 地球物理学进展,2007(04):1243-1249.[6]金翔龙. 海洋地球物理技术的发展[J]. 东华理工学院学报,2004(01):6-13.[7]李林阳,吕志平,邝英才,黄娴,王方超. 高精度海底大地控制网建立方法分析与比较[J]. 测绘科学技术学报,2018,35(04):343-348.[8]黄小卫,吴聪,郭强,张维佳,蔡驰. 海南联网工程500 kV海底电缆检测水下遥控机器人的关键功能设计[J]. 南方电网技术,2018,12(07):52-59.[9]张奇峰,张运修,张艾群. 深海小型爬行机器人研究现状[J]. 机器人,2019,41(02):250-264. -全文完-。