英國Sonardyne水下跟蹤定位系統(tǒng)USBL定位系統(tǒng)超短基線聲學定位系統(tǒng)

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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公司，成立于1971年。公司業(yè)務聚焦于聲學、慣性、光學和聲吶技術，為水下導航、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、海事防御和海洋機器人等領域。

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)器與目標上應答器之間的距離和方位來計算水下目標位置。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 聲學應答器（Transponders） 包括Compatt 6+、WSM 6+、Nano等

5 聲學釋放器（Release） RT 6系列，用于部署和回收海底設備

6 慣性導航系統(tǒng)（INS） SPRINT系列，聲學輔助水下慣性導航

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光學通信

9 聲吶成像系統(tǒng) 側掃聲吶、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)測設備

二、主要型號與技術參數(shù)

以下列舉該品牌的主要產(chǎn)品型號及其技術參數(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，工作頻率20–34 kHz（MF頻段），測距精度優(yōu)于15 mm，定位重復性0.2%（使用外部MRU）或1.3%（使用內部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提供全半球聲學覆蓋，適用于追蹤不同水深的多目標。HPT 7000針對深水作業(yè)和高噪聲環(huán)境（如DP鉆井船）進行了優(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。內置磁力計，可即時進行姿態(tài)補償。

4. Gyro USBL（一體化USBL收發(fā)器）

Gyro USBL將6G聲學收發(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。

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，聲學覆蓋±90°，測距重復性優(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°。空氣中重量45 kg，水中重量24 kg。可與Ranger 2 USBL配合使用，追蹤10,000 m以遠的深拖設備。

6. Compatt 6+（智能應答器）

Compatt 6+是第六代LBL應答器，支持Wideband 3技術。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（慣性導航系統(tǒng)）

SPRINT是聲學輔助水下慣性導航系統(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°。可在無GNSS信號環(huán)境下提供定位。USBL/LBL輔助可將精度提升4.5倍，結合DVL輔助可提升6至13倍。系統(tǒng)無需漫長的“對準”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上的設備，集跟蹤、導航輔助和雙向聲學通信于一體。與Mini-Ranger 2或Ranger 2 USBL配合使用。提供三種尺寸以適應不同規(guī)模的AUV。

10. WSM 6+（USBL應答器）

WSM 6+是用于追蹤ROV、拖魚和水下設備的可充電USBL應答器。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）聲學定位技術。

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

定位計算過程：收發(fā)器向水下發(fā)射聲學信號，應答器接收到信號后回復一個應答信號。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)器與應答器之間的斜距（距離）。同時，收發(fā)器通過測量聲學信號到達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)，用于補償船體運動帶來的誤差。結合船載GNSS提供的船位、姿態(tài)數(shù)據(jù)、聲學測距和測向結果，系統(tǒng)即可計算出水下目標相對于船位的絕對位置。

Sonardyne的Wideband寬帶信號處理技術采用擴頻調制方式，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設備可作為調制解調器、數(shù)據(jù)記錄器和導航參考應答器使用。

此外，SPRINT慣性導航系統(tǒng)將USBL/LBL聲學定位與慣性測量單元（IMU）相結合。慣導系統(tǒng)在短時間內提供高精度相對位置，聲學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)字聲學技術

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

2. 6G技術平臺

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。基于6G平臺的設備可實現(xiàn)向后兼容，同一設備可作為調制解調器、數(shù)據(jù)記錄器和導航參考應答器使用。

3. Ranger 2系列的系統(tǒng)化設計

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。可通過軟件包擴展功能（如DP參考包、機器人控制包），最多可同時追蹤99個AUV。

4. 混合聲學-慣性導航

SPRINT系列將聲學定位與慣性導航結合，可在無GNSS信號環(huán)境下提供定位。系統(tǒng)可即時啟動，無需漫長的對準周期。USBL/LBL輔助可將精度提升4.5倍，結合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、由電池供電進行部署。Mini-Ranger 2可安裝在舷側撐桿或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，減少了現(xiàn)場操作時間。

五、主要應用領域

1. 海上油氣勘探與生產(chǎn)

Sonardyne的系統(tǒng)用于水下結構安裝、管道鋪設監(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)測和結構安裝。Ranger 2可為DP（動態(tài)定位）船舶提供聲學位置參考。RT 6釋放器用于部署和回收海底設備。

2. 海上可再生能源

Sonardyne的技術用于浮式風電場的系泊監(jiān)測和動態(tài)電纜形態(tài)監(jiān)測。公司與AMOG合作開發(fā)浮式風電系泊系統(tǒng)的實時監(jiān)測方案。SPRINT-Nav DP可在近海可再生能源項目中GNSS信號被遮擋或干擾時提供定位。

3. 海洋科學研究

Ranger 2 USBL系統(tǒng)被美國國家科學基金會（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。

4. 海事防御

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

5. 海洋機器人

SPRINT系列為AUV和ROV提供導航定位。SPRINT-Nav U是尺寸較小的混合聲學-慣性導航儀，適用于緊湊型海洋機器人平臺。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)。

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