質量控制是系統(tǒng)開發(fā)關鍵
水下GPS系統(tǒng)是GPS系統(tǒng)和水下聲學系統(tǒng)的集成，主要由差分GPS基準站、水下收發(fā)機、GPS浮標和船基控制中心等四部分組成。
“該系統(tǒng)可以將水面浮標看成是GPS衛(wèi)星，水聲信號看成是GPS無線電信號，水下目標看成GPS接收機，水下目標在水中可以任意移動，系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)定位。同時，系統(tǒng)各部分采用無線連接。水中通過水聲信號，水面采用無線電信號，所以該系統(tǒng)稱為水下GPS系統(tǒng)。”
程鵬飛介紹說，當水上用戶需要跟蹤水下目標時，就從數(shù)據(jù)控制中心的監(jiān)控界面向水下導航收發(fā)機(安裝在水下目標上)發(fā)送定位請求信號，水下導航收發(fā)機激活后向GPS浮標發(fā)射定位信號，GPS浮標將水聲定位信號、浮標姿態(tài)校準數(shù)據(jù)、GPS信號等信息進行調制后發(fā)送到數(shù)據(jù)控制中心。數(shù)據(jù)控制中心將GPS基準站差分信號與以上信息融合處理后計算出水下目標的位置，并動態(tài)顯示水下目標在大地測量坐標系中的位置。
同樣道理，當水下目標需要導航時，水下用戶通過用戶接口激活安裝在水下目標上的水下導航收發(fā)機，向GPS浮標發(fā)射定位信號，同時向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)射導航請求信號。數(shù)據(jù)控制中心將信息融合處理后計算出水下目標的位置，經(jīng)調制后發(fā)射到水下導航收發(fā)機。
該系統(tǒng)不僅可以從水上(海面、沿岸陸地或飛機上)對水下目標跟蹤監(jiān)視和動態(tài)定位，還實現(xiàn)了水下設備導航、水下目標瞬時水深監(jiān)測、水下授時、水下工程測量控制和施工放樣等功能。
水下GPS系統(tǒng)是一項綜合大地測量、水聲工程、無線電、海洋設備與機械工程和海洋物理等多學科復雜的系統(tǒng)工程。系統(tǒng)研制過程的質量控制是成功開發(fā)系統(tǒng)的關鍵。
為此，項目組以系統(tǒng)工程為指導，形成水下GPS系統(tǒng)的技術指標體系，并在此基礎上，建立了系統(tǒng)研制全部過程的量化質量控制體系。在研制過程中，項目組始終關注著關鍵技術的研制開發(fā)、子系統(tǒng)接口與集成、系統(tǒng)聯(lián)調與集成的質量，從而保證了水下GPS系統(tǒng)的研制開發(fā)按照事先設計的總體方案順利進行，并突破了多項技術難關。如自主研制加工的信號處理板、控制板累積48塊，進行關鍵技術測試與局部試驗30多項，在研制過程中幾乎沒有出現(xiàn)較大工作量的返工，特別是系統(tǒng)集成與聯(lián)調工作基本一次到位，湖上試驗也一次獲得初步成功。
“差分方法”居世界領先
物體的定位包括空間和時間精度，系統(tǒng)時鐘同步技術成為進行系統(tǒng)設計的關鍵。
GPS浮標是水下定位系統(tǒng)的核心部分。浮標本身要有精確的定位，因為它是水下目標定位的“參照物”。但是，與陸地標志不同，水面浮標隨時漂移，如何實現(xiàn)高精度的動態(tài)定位是項目組面臨的難題。
“國外水下GPS系統(tǒng)采用的是高精度時間基準，又稱原子鐘。但我們認為，原子鐘不僅體積大、造價高，而且難以消除誤差累積。”程鵬飛說，項目組采用“差分方法”巧妙地解決了這個難題。
系統(tǒng)的水面浮標一般有4個。水下目標發(fā)射定位信號，水面各個浮標接收同一水下信號的時間不同。“利用這一現(xiàn)象，就像求解方程式一樣，求解出浮標的時間基準。”程鵬飛說，該項目由此被稱為“差分GPS水下立體定位系統(tǒng)”。
