質(zhì)量控制是系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵
水下GPS系統(tǒng)是GPS系統(tǒng)和水下聲學(xué)系統(tǒng)的集成，主要由差分GPS基準(zhǔn)站、水下收發(fā)機(jī)、GPS浮標(biāo)和船基控制中心等四部分組成。
“該系統(tǒng)可以將水面浮標(biāo)看成是GPS衛(wèi)星，水聲信號看成是GPS無線電信號，水下目標(biāo)看成GPS接收機(jī)，水下目標(biāo)在水中可以任意移動，系統(tǒng)實(shí)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(dāng)水上用戶需要跟蹤水下目標(biāo)時，就從數(shù)據(jù)控制中心的監(jiān)控界面向水下導(dǎo)航收發(fā)機(jī)(安裝在水下目標(biāo)上)發(fā)送定位請求信號，水下導(dǎo)航收發(fā)機(jī)激活后向GPS浮標(biāo)發(fā)射定位信號，GPS浮標(biāo)將水聲定位信號、浮標(biāo)姿態(tài)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、GPS信號等信息進(jìn)行調(diào)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(zhǔn)站差分信號與以上信息融合處理后計算出水下目標(biāo)的位置，并動態(tài)顯示水下目標(biāo)在大地測量坐標(biāo)系中的位置。
同樣道理，當(dāng)水下目標(biāo)需要導(dǎo)航時，水下用戶通過用戶接口激活安裝在水下目標(biāo)上的水下導(dǎo)航收發(fā)機(jī)，向GPS浮標(biāo)發(fā)射定位信號，同時向數(shù)據(jù)控制中心發(fā)射導(dǎo)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(biāo)的位置，經(jīng)調(diào)制后發(fā)射到水下導(dǎo)航收發(fā)機(jī)。
該系統(tǒng)不僅可以從水上(海面、沿岸陸地或飛機(jī)上)對水下目標(biāo)跟蹤監(jiān)視和動態(tài)定位，還實(shí)現(xiàn)了水下設(shè)備導(dǎo)航、水下目標(biāo)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(shè)備與機(jī)械工程和海洋物理等多學(xué)科復(fù)雜的系統(tǒng)工程。系統(tǒng)研制過程的質(zhì)量控制是成功開發(fā)系統(tǒng)的關(guān)鍵。
為此，項目組以系統(tǒng)工程為指導(dǎo)，形成水下GPS系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)體系，并在此基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)研制全部過程的量化質(zhì)量控制體系。在研制過程中，項目組始終關(guān)注著關(guān)鍵技術(shù)的研制開發(fā)、子系統(tǒng)接口與集成、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與集成的質(zhì)量，從而保證了水下GPS系統(tǒng)的研制開發(fā)按照事先設(shè)計的總體方案順利進(jìn)行，并突破了多項技術(shù)難關(guān)。如自主研制加工的信號處理板、控制板累積48塊，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)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(diào)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(lǐng)先
物體的定位包括空間和時間精度，系統(tǒng)時鐘同步技術(shù)成為進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。
GPS浮標(biāo)是水下定位系統(tǒng)的核心部分。浮標(biāo)本身要有精確的定位，因為它是水下目標(biāo)定位的“參照物”。但是，與陸地標(biāo)志不同，水面浮標(biāo)隨時漂移，如何實(shí)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(zhǔn)，又稱原子鐘。但我們認(rèn)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(biāo)一般有4個。水下目標(biāo)發(fā)射定位信號，水面各個浮標(biāo)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(biāo)的時間基準(zhǔn)。”程鵬飛說，該項目由此被稱為“差分GPS水下立體定位系統(tǒng)”。
