GPS之家

　　质量控制是系统开发关键

　　水下GPS系统是GPS系统和水下声学系统的集成，主要由差分GPS基准站、水下收发机、GPS浮标和船基控制中心等四部分组成。

　　“该系统可以将水面浮标看成是GPS卫星，水声信号看成是GPS无线电信号，水下目标看成GPS接收机，水下目标在水中可以任意移动，系统实现动态定位。同时，系统各部分采用无线连接。水中通过水声信号，水面采用无线电信号，所以该系统称为水下GPS系统。”

　　程鹏飞介绍说，当水上用户需要跟踪水下目标时，就从数据控制中心的监控界面向水下导航收发机(安装在水下目标上)发送定位请求信号，水下导航收发机激活后向GPS浮标发射定位信号，GPS浮标将水声定位信号、浮标姿态校准数据、GPS信号等信息进行调制后发送到数据控制中心。数据控制中心将GPS基准站差分信号与以上信息融合处理后计算出水下目标的位置，并动态显示水下目标在大地测量坐标系中的位置。

　　同样道理，当水下目标需要导航时，水下用户通过用户接口激活安装在水下目标上的水下导航收发机，向GPS浮标发射定位信号，同时向数据控制中心发射导航请求信号。数据控制中心将信息融合处理后计算出水下目标的位置，经调制后发射到水下导航收发机。

　　该系统不仅可以从水上(海面、沿岸陆地或飞机上)对水下目标跟踪监视和动态定位，还实现了水下设备导航、水下目标瞬时水深监测、水下授时、水下工程测量控制和施工放样等功能。

　　水下GPS系统是一项综合大地测量、水声工程、无线电、海洋设备与机械工程和海洋物理等多学科复杂的系统工程。系统研制过程的质量控制是成功开发系统的关键。

　　为此，项目组以系统工程为指导，形成水下GPS系统的技术指标体系，并在此基础上，建立了系统研制全部过程的量化质量控制体系。在研制过程中，项目组始终关注着关键技术的研制开发、子系统接口与集成、系统联调与集成的质量，从而保证了水下GPS系统的研制开发按照事先设计的总体方案顺利进行，并突破了多项技术难关。如自主研制加工的信号处理板、控制板累积48块，进行关键技术测试与局部试验30多项，在研制过程中几乎没有出现较大工作量的返工，特别是系统集成与联调工作基本一次到位，湖上试验也一次获得初步成功。

　　“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。

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