英国Sonardyne水下跟踪定位系统技术交流

英国Sonardyne水下跟踪定位系统技术交流

一、品牌与产品概述

Sonardyne International Ltd. 是一家总部位于英国的水下技术公司，成立于1971年。公司业务聚焦于声学、惯性、光学和声呐技术，为水下导航、定位、通信、成像和测量提供解决方案。产品覆盖海上能源、海洋科学、海事防御和海洋机器人等领域。

Sonardyne的水下定位产品线主要包括超短基线（USBL）、长基线（LBL）和LUSBL系统。USBL系统通过测量船载收发器与目标上应答器之间的距离和方位来计算水下目标位置。Ranger 2系列是其中的产品线，包含Micro-Ranger 2、Mini-Ranger 2和Ranger 2三个型号，覆盖从浅水到深水的不同作业需求。

以下列举该品牌的主要产品类型：

1 USBL定位系统 超短基线声学定位系统，包括Ranger 2、Mini-Ranger 2、Micro-Ranger

2 LBL定位系统 长基线定位系统，Fusion 2 LBL

3 LUSBL系统 Marksman LUSBL，用于动态定位参考

4 声学应答器（Transponders） 包括Compatt 6+、WSM 6+、Nano等

5 声学释放器（Release） RT 6系列，用于部署和回收海底设备

6 惯性导航系统（INS） SPRINT系列，声学辅助水下惯性导航

7 多普勒流速剖面仪（ADCP） Origin系列，用于流速测量

8 水下通信系统 Modem 6、BlueComm光学通信

9 声呐成像系统 侧扫声呐、入侵探测声纳

10 水下监测系统 Observer、Fetch等资产完整性监测设备

二、主要型号与技术参数

以下列举该品牌的主要产品型号及其技术参数：

1. HPT 3000（USBL收发器）

HPT 3000是Mini-Ranger 2系统的核心组件，采用铝青铜材质，工作频率20–34 kHz（MF频段），测距精度优于15 mm，定位重复性0.2%（使用外部MRU）或1.3%（使用内部MRU），发射声源级194 dB re 1 µPa @ 1 m，供电48 V dc，典型功耗15 W，工作温度-5至40°C，空气中重量19.4 kg，水中重量9.5 kg。

2. HPT 5000 / HPT 7000（USBL收发器）

HPT 5000提供全半球声学覆盖，适用于追踪不同水深的多目标。HPT 7000针对深水作业和高噪声环境（如DP钻井船）进行了优化。

3. MRT（Micro-Ranger 2收发器）

MRT是Micro-Ranger 2 USBL系统的收发器，用于追踪潜水员和小型水下航行器。工作频率20–34 kHz，作用距离995 m，水深等级25 m，声学覆盖大于200°，测距精度优于15 mm，角度精度±3°。发射声源级184 dB，供电48 V dc（典型1.5 W，最大25.5 W），空气中重量1.84 kg。内置磁力计，可即时进行姿态补偿。

4. Gyro USBL（一体化USBL收发器）

Gyro USBL将6G声学收发器与高性能AHRS集成于一体，消除了传统USBL系统中杆臂偏移、撑杆弯曲和船体形变引起的误差。出厂前已完成水中校准。

5. Gyro iUSBL（倒置USBL）

Gyro iUSBL将USBL收发器和AHRS/INS集成于一个钛合金耐压壳体中，水深等级7,000 m。工作频率MF（20–34 kHz），作用距离7,000 m，声学覆盖±90°，测距重复性优于15 mm。发射声源级200 dB，Tone等效能量206 dB。航向精度0.05–0.1° secant latitude，横摇/纵摇精度0.01°。空气中重量45 kg，水中重量24 kg。可与Ranger 2 USBL配合使用，追踪10,000 m以远的深拖设备。

6. Compatt 6+（智能应答器）

Compatt 6+是第六代LBL应答器，支持Wideband 3技术。水深等级3,000 m或5,000 m，工作频率MF（20–34 kHz）。测距精度优于15 mm。提供超过3,600种配置。传感器遥测数据（压力、深度、温度）嵌入测距数据中传输。与现有Compatt 6库存向后兼容。

7. RT 6系列（声学释放器）

RT 6系列包含RT 6-1000、RT 6-3000、RT 6-6000和RT 6-HD四个型号。水深等级分别为1,000 m、3,000 m、6,000 m和7,000 m。工作负荷限制从150 kg到2,500 kg不等。电池寿命：RT 6-1000超过13个月，其余型号超过32个月。与Ranger 2 USBL兼容。

8. SPRINT系列（惯性导航系统）

SPRINT是声学辅助水下惯性导航系统，包含SPRINT 300、SPRINT 500和SPRINT 700三个型号。航向精度0.02°（secant latitude），横摇/纵摇精度0.01°。可在无GNSS信号环境下提供定位。USBL/LBL辅助可将精度提升4.5倍，结合DVL辅助可提升6至13倍。系统无需漫长的“对准"周期，可即时启动。

9. AvTrak 6（AUV跟踪与通信系统）

AvTrak 6是安装在AUV上的设备，集跟踪、导航辅助和双向声学通信于一体。与Mini-Ranger 2或Ranger 2 USBL配合使用。提供三种尺寸以适应不同规模的AUV。

10. WSM 6+（USBL应答器）

WSM 6+是用于追踪ROV、拖鱼和水下设备的可充电USBL应答器。水深等级1,000 m或4,000 m。兼容Micro-Ranger 2、Mini-Ranger 2和Ranger 2 USBL系统。

三、工作原理

Sonardyne水下跟踪定位系统的核心是USBL（超短基线）声学定位技术。

系统由三个主要部分组成：安装在调查船上的声学收发器、安装在被追踪目标（如ROV、AUV、拖鱼）上的声学应答器，以及运行定位软件的船载计算机。

定位计算过程：收发器向水下发射声学信号，应答器接收到信号后回复一个应答信号。收发器通过测量信号从发射到接收的传播时间来计算收发器与应答器之间的斜距（距离）。同时，收发器通过测量声学信号到达阵列中不同换能器单元的相位差来计算方位角（方向）。收发器内部或外部的姿态传感器（MRU/AHRS）提供船体的横摇、纵摇和航向数据，用于补偿船体运动带来的误差。结合船载GNSS提供的船位、姿态数据、声学测距和测向结果，系统即可计算出水下目标相对于船位的绝对位置。

Sonardyne的Wideband宽带信号处理技术采用扩频调制方式，相比传统窄带信号具有更好的抗干扰能力和多径抑制能力。6G技术平台提供了更快的数据通信速率和更稳健的链路。单个6G设备可作为调制解调器、数据记录器和导航参考应答器使用。

此外，SPRINT惯性导航系统将USBL/LBL声学定位与惯性测量单元（IMU）相结合。惯导系统在短时间内提供高精度相对位置，声学定位提供绝对位置校正以抑制长时间漂移。这种混合方式在声学信号暂时丢失（如水体曝气、噪声干扰）时仍能维持定位能力。

四、核心特点

1. Wideband宽带数字声学技术

Sonardyne的Wideband系列采用扩频信号处理，在噪声环境和多径干扰条件下仍能保持定位精度。Wideband 3技术将传感器遥测数据嵌入测距数据中传输。该技术也减少了与相邻声学系统之间的相互干扰。

2. 6G技术平台

第六代（6G）硬件平台提供更快的数据通信和更稳健的链路性能。基于6G平台的设备可实现向后兼容，同一设备可作为调制解调器、数据记录器和导航参考应答器使用。

3. Ranger 2系列的系统化设计

Ranger 2系列覆盖从Micro-Ranger 2到Ranger 2的完整产品线，硬件和软件平台通用。可通过软件包扩展功能（如DP参考包、机器人控制包），最多可同时追踪99个AUV。

4. 混合声学-惯性导航

SPRINT系列将声学定位与惯性导航结合，可在无GNSS信号环境下提供定位。系统可即时启动，无需漫长的对准周期。USBL/LBL辅助可将精度提升4.5倍，结合DVL辅助可提升6至13倍。

5. 部署灵活性与操作简便性

Micro-Ranger 2可装在便携箱中、由电池供电进行部署。Mini-Ranger 2可安装在舷侧撑杆或USV船体下方。Ranger 2可安装在各类船舶上。Gyro USBL出厂前已完成校准，减少了现场操作时间。

五、主要应用领域

1. 海上油气勘探与生产

Sonardyne的系统用于水下结构安装、管道铺设监测、动态定位参考等作业。Compatt 6+用于连接管段计量、管道触底监测和结构安装。Ranger 2可为DP（动态定位）船舶提供声学位置参考。RT 6释放器用于部署和回收海底设备。

2. 海上可再生能源

Sonardyne的技术用于浮式风电场的系泊监测和动态电缆形态监测。公司与AMOG合作开发浮式风电系泊系统的实时监测方案。SPRINT-Nav DP可在近海可再生能源项目中GNSS信号被遮挡或干扰时提供定位。

3. 海洋科学研究

Ranger 2 USBL系统被美国国家科学基金会（NSF）的研究船选用，用于在深水海域跟踪和通信。系统用于海底地震监测、海啸早期预警、深海环流研究等。Sonardyne为英国碳捕集与封存（CCS）项目提供海底地震监测服务。

4. 海事防御

Sentinel声纳用于港口、军舰和离岸设施的水下安防。系统可探测潜水员和UUV等水下目标。Mini-Ranger 2可在靶场同时追踪多达10名潜水员。AvTrak 6用于AUV的跟踪、通信和任务控制。

5. 海洋机器人

SPRINT系列为AUV和ROV提供导航定位。SPRINT-Nav U是尺寸较小的混合声学-惯性导航仪，适用于紧凑型海洋机器人平台。AvTrak 6可在AUV出现故障时用于定位和回收。系统支持多AUV协同作业。