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摘要：随着深水区域项目逐年的开展，水下声学定位系统的技术研究和应用开发将会在今后项目施工中起着越来越重要的作用。本文以南海深水天然气开发LW3-1海管项目交叉点处压块铺排为例，着重叙述了Ranger 2 USBL超短基线声学定位系统定位原理、系统组成、误差原因以及在施工方面的具体应用。
关键词：Ranger 2 USBL超短基线声学定位；海洋施工；压块铺排
1 Ranger 2 USBL系统概述
1.2 Ranger 2系统组成
Ranger 2 USBL 系统包括3个主要部分：甲板显示部分（数据处理系统，导航计算机，导航传感器集成单元）；声学发射接收机（水听器）；放置于海底或载体的应答器（信标），其中，导航传感器集成单元与水听器通讯电缆连接。
甲板显示部分的作用是用来显示水下信标相对于水听器的相对位置，其中包括斜距、水平距离、与船舷的夹角，信号返回模式（X，Y，，h），信号返回质量因子等。其中，导航传感器集成单元可以接收DGPS，电罗经GYRO，运动参考单元VRU等多种传感器的信号数据，对母船的姿态误差进行动态校正；水听器的作用是用来接收由声标返回的信号，并且把信号传输给显示器；水下信标的的作用是跟踪水下工作目标，并且返回位置信号。
2 影响Ranger 2定位精度分析
水下导航定位系统要实现精确导航定位，必然受到GPS导航定位系统、船载（集成）辅助传感器、超短基线测距、水上定位和水下定位数据融合方法等的影响和制约。在项目施工中，我们应进行合理的误差分配，控制显著误差。
Ranger 2超短基线的定位精度可由以下公式评估：
σ2USBL = Rσ2θ+ Rσ2GYRO+ Rσ2 MRU +σ2R +σ2GPS
式中，σUSBL为超短基线的总误差；σθ 为水平角测量误差；σGYRO为电罗经测量误差；σMRU为姿态传感器测角误差；σR 为超短基线测距误差；σGPS为水面船只GPS 测量误差；R 为测量斜距。
3 Ranger 2系统的应用实例
本文以南海深水天然气开发LW3-1海管项目为例：叙述了Ranger 2系统在LW3-1管线与YC13-1管线交叉点处压块放置项目的定位施工过程，仪器参数：Ranger 2 USBL水下定位设备一套；CTHME主船导航定位设备一套；作业支持船舶：海洋石油202，型高13.5m；压块参数：10*2.5*0.2 （m）；
3.1 Ranger 2导航系统安装与校验
Ranger 2导航系统安装的常见方式一般分为船底固定安装、穿舱安装、船头、船舷安装四种方式：针对本次施工项目的特点和海洋石油202的船型情况，我们采用船舷安装方式。Ranger 2导航系统安装的重点在于水听器的校验，在所有影响Ranger 2精度的因素中，Heading的误差会直接影响所定位的水下载体的平面坐标的误差且表现显著，因此我们必须要对Ranger 2 USBL发射接收机的水平角度Heading进行修正校验。在本次施工中，我们只对Ranger 2 进行静态校准，既在202船船舷距离水听器等距离处吊装信标对Heading角进行修正，具体操作：在202船上距离水听器等距离的地方，用绳子放2个信标入水，入水深度相同，用钢尺测量2个信标在船上位置，计算2个信标和Transceiver的相对关系，观察2个信标位置，通过连续修正信标位置来计算Transceiver方向改正数（两个信标连线与船舶轴线的交角），并将最终改正数输入到导航软件CTHME中（这时CTHME软件显示两个信标连线与船舶轴线的平行），静态校准完毕。静态校准完毕后Ranger 2 USBL定位精度满足施工要求，可以进行施工作业。3.2 Ranger 2系统定位施工
当所有设备调试完毕后，就可以进行施工导航定位了，具体Ranger 2 USBL导航定位设备在202船压块放置施工应用叙述为：首先固定两个信标在吊装压块的钢支架横轴两端位置测定（钢支架尺寸已测10*2.5），当202船舶绞锚到预定位置后，指挥人员指挥202吊机吊压块入水，这时在CTHME导航软件界面会显示信标的位置信息，指挥人员指挥吊机臂旋转到软件界面显示压块设计位置时，吊机通过调节吊高使压块距离海底0.5米左右，这时吊机进行微调工作。当屏幕显示的信标A1、B2与图中設计位置重合或满足作业要求的施工精度后，吊机位置状态保持不变，定位人员在CTHME软件界面打点，信标的位置数据以直角坐标的数据记录（X，Y）；潜水人员在水下切割支架与压块连接的绳索，切割完毕后压块放置到海底位置，压块放置作业完毕，其它压块放置都以此程序进行，直到所有压块铺排完毕。定位人员在根据信标的记录数据，在CAD中绘制压块的实际位置，提交最终位置报告给甲方。
4 结束语
新世纪以来，我国对海洋权益日益重视，海洋资源开发在逐年深入。高精度的水下定位系统在海洋资源勘查、海洋测绘、水下建筑物施工、潜水员水下作业等方面有着广泛的应用，而Ranger 2 USBL导航定位系统对这工作能够些提供连续的、稳定的、高精度的数据资料，有着广阔的应用前景。
参考文献
[1] 张粤宁，刘鹏，高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用
[2]田坦，水下定位与导航技术
关键词：Ranger 2 USBL超短基线声学定位；海洋施工；压块铺排
1 Ranger 2 USBL系统概述
1.2 Ranger 2系统组成
Ranger 2 USBL 系统包括3个主要部分：甲板显示部分（数据处理系统，导航计算机，导航传感器集成单元）；声学发射接收机（水听器）；放置于海底或载体的应答器（信标），其中，导航传感器集成单元与水听器通讯电缆连接。
甲板显示部分的作用是用来显示水下信标相对于水听器的相对位置，其中包括斜距、水平距离、与船舷的夹角，信号返回模式（X，Y，，h），信号返回质量因子等。其中，导航传感器集成单元可以接收DGPS，电罗经GYRO，运动参考单元VRU等多种传感器的信号数据，对母船的姿态误差进行动态校正；水听器的作用是用来接收由声标返回的信号，并且把信号传输给显示器；水下信标的的作用是跟踪水下工作目标，并且返回位置信号。
2 影响Ranger 2定位精度分析
水下导航定位系统要实现精确导航定位，必然受到GPS导航定位系统、船载（集成）辅助传感器、超短基线测距、水上定位和水下定位数据融合方法等的影响和制约。在项目施工中，我们应进行合理的误差分配，控制显著误差。
Ranger 2超短基线的定位精度可由以下公式评估：
σ2USBL = Rσ2θ+ Rσ2GYRO+ Rσ2 MRU +σ2R +σ2GPS
式中，σUSBL为超短基线的总误差；σθ 为水平角测量误差；σGYRO为电罗经测量误差；σMRU为姿态传感器测角误差；σR 为超短基线测距误差；σGPS为水面船只GPS 测量误差；R 为测量斜距。
3 Ranger 2系统的应用实例
本文以南海深水天然气开发LW3-1海管项目为例：叙述了Ranger 2系统在LW3-1管线与YC13-1管线交叉点处压块放置项目的定位施工过程，仪器参数：Ranger 2 USBL水下定位设备一套；CTHME主船导航定位设备一套；作业支持船舶：海洋石油202，型高13.5m；压块参数：10*2.5*0.2 （m）；
3.1 Ranger 2导航系统安装与校验
Ranger 2导航系统安装的常见方式一般分为船底固定安装、穿舱安装、船头、船舷安装四种方式：针对本次施工项目的特点和海洋石油202的船型情况，我们采用船舷安装方式。Ranger 2导航系统安装的重点在于水听器的校验，在所有影响Ranger 2精度的因素中，Heading的误差会直接影响所定位的水下载体的平面坐标的误差且表现显著，因此我们必须要对Ranger 2 USBL发射接收机的水平角度Heading进行修正校验。在本次施工中，我们只对Ranger 2 进行静态校准，既在202船船舷距离水听器等距离处吊装信标对Heading角进行修正，具体操作：在202船上距离水听器等距离的地方，用绳子放2个信标入水，入水深度相同，用钢尺测量2个信标在船上位置，计算2个信标和Transceiver的相对关系，观察2个信标位置，通过连续修正信标位置来计算Transceiver方向改正数（两个信标连线与船舶轴线的交角），并将最终改正数输入到导航软件CTHME中（这时CTHME软件显示两个信标连线与船舶轴线的平行），静态校准完毕。静态校准完毕后Ranger 2 USBL定位精度满足施工要求，可以进行施工作业。3.2 Ranger 2系统定位施工
当所有设备调试完毕后，就可以进行施工导航定位了，具体Ranger 2 USBL导航定位设备在202船压块放置施工应用叙述为：首先固定两个信标在吊装压块的钢支架横轴两端位置测定（钢支架尺寸已测10*2.5），当202船舶绞锚到预定位置后，指挥人员指挥202吊机吊压块入水，这时在CTHME导航软件界面会显示信标的位置信息，指挥人员指挥吊机臂旋转到软件界面显示压块设计位置时，吊机通过调节吊高使压块距离海底0.5米左右，这时吊机进行微调工作。当屏幕显示的信标A1、B2与图中設计位置重合或满足作业要求的施工精度后，吊机位置状态保持不变，定位人员在CTHME软件界面打点，信标的位置数据以直角坐标的数据记录（X，Y）；潜水人员在水下切割支架与压块连接的绳索，切割完毕后压块放置到海底位置，压块放置作业完毕，其它压块放置都以此程序进行，直到所有压块铺排完毕。定位人员在根据信标的记录数据，在CAD中绘制压块的实际位置，提交最终位置报告给甲方。
4 结束语
新世纪以来，我国对海洋权益日益重视，海洋资源开发在逐年深入。高精度的水下定位系统在海洋资源勘查、海洋测绘、水下建筑物施工、潜水员水下作业等方面有着广泛的应用，而Ranger 2 USBL导航定位系统对这工作能够些提供连续的、稳定的、高精度的数据资料，有着广阔的应用前景。
参考文献
[1] 张粤宁，刘鹏，高精度超短基线定位系统在水下定位中的应用
[2]田坦，水下定位与导航技术