GPS之家

“差分方法”居世界领先

　　物体的定位包括空间和时间精度，系统时钟同步技术成为进行系统设计的关键。

　　GPS浮标是水下定位系统的核心部分。浮标本身要有精确的定位，因为它是水下目标定位的“参照物”。但是，与陆地标志不同，水面浮标随时漂移，如何实现高精度的动态定位是项目组面临的难题。

　　“国外水下GPS系统采用的是高精度时间基准，又称原子钟。但我们认为，原子钟不仅体积大、造价高，而且难以消除误差累积。”程鹏飞说，项目组采用“差分方法”巧妙地解决了这个难题。

　　系统的水面浮标一般有4个。水下目标发射定位信号，水面各个浮标接收同一水下信号的时间不同。“利用这一现象，就像求解方程式一样，求解出浮标的时间基准。”程鹏飞说，该项目由此被称为“差分GPS水下立体定位系统”。

　　专家认为，我国自主研制开发的水下GPS高精度定位导航系统，没有国外水下GPS系统必需的高精度原子钟，也能达到较好的精度。因此，不论在测量精度、水下自动化程度，还是在应用范围等方面都优于国外的水下GPS系统，研究成果达到国际领先水平。

　　据介绍，在解决100米浅海的单目标精密定位关键技术问题的基础上，“十一五”期间项目组继续开展深入研究，正在积极攻关浅海多目标精密水下跟踪和定位以及2000米水深的精密水下定位关键技术问题。

　　“多个目标的深水精密定位技术一旦突破，水下GPS系统在海洋监测、水下工程、国家安全等方面发挥的作用将会更大。”程鹏飞如是表示。

　　-项目备忘

　　水下GPS系统的四部分构成：

　　差分GPS基准站提供GPS差分信号，实现GPS浮标精密定位。GPS工作模式根据不同应用需求可以适当调整。对于精密水下工程测量需要设立GPS差分基准站，通过GPS-RTK工作模式提供实时高精度的空间坐标基准。对于水下跟踪、导航应用，可以不要GPS差分基准站，通过浮标GPS的单点定位提供的空间坐标即可以实现水下米级定位。

　　GPS浮标是水下定位系统的核心部分，主要功能包括浮标空间坐标测量、姿态测量、超短基线改正、水声信号检测、水声延时测量、无线电数据传输系统。GPS浮标检测到水声定位信号后，对水声定位信号进行延时测量，得到水声信号到达浮标的时间。同时通过超短基线测量装置测量当前水听器的偏移校正参数。另外通过数字罗盘实时测量浮标在水面的姿态数据。

　　水下收发机主要功能实现水声定位信号的产生、接收船基控制中心计算结果、接口控制等。船基中心通过通讯换能器发送启动命令，水下收发机接收命令后启动定位信号发生器产生周期性定位信号。启动系统进行定位工作。同时水下收发机还可以采集水下压力数据、水下温度数据，并通过宽带水声通讯将数据发送到船基控制中心。

　　船基控制中心主要功能接收各枚浮标的数据、记录数据、处理数据、求解水下收发机的空间位置、监视浮标的工作状态、建设水下收发机的工作状态、与水下收发机进行数据传输和通讯等。主要设备包括多通道浮标接收机、水下通讯接收机、通讯换能器、处理工作站等。