CN108535751A - 水下定位装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水下定位装置，包括超短基线收发器、测量船、GPS***(1)、应答器(5)以及海洋磁力仪(6)；所述超短基线收发器设置在测量船的下方；所述GPS***(1)设置在测量船的上方；所述海洋磁力仪(6)通过应答器(5)及拖缆(7)与测量船相连接。本发明提供的水下定位装置及定位方法解决掩埋物的参数测量误差较大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种装置，具体地，涉及一种水下定位装置及定位方法。
背景技术
目前阶段，水下掩埋物的参数测量(包含位置、走向、埋深)，主要采用较为单一的声学***(如管线仪***和浅地层剖面仪***)、地磁学***或磁感应***，而采用单一***测量通常会造成较大的测量误差，这类误差主要源于数据采集模式和导航定位精度，如采用管线仪测量时，只能通过辨识软件图像中的反射差异来确定诸如管道一类的目标；采用磁力仪测量时，又存在水下探头定位、数据分析计算和模型反演等问题。因此，解决掩埋物的参数测量误差较大现已经成为水下掩埋物的参数测量亟待解决的关键问题之一。
申请号为201710021307.3、公布号为CN106814408Ad的专利文献公开了一种基于ROV平台的水下文物集成探测装置，包括甲板装置和水下集成探测装置，属于海洋探测技术领域。甲板装置包括母船、GPS***、超短基线收发器和ROV控制台。水下探测装置在ROV平台上集成磁力仪、多波束声呐、侧扫声呐、高清摄像头、浅地层剖面仪(浅剖仪)和超短基线声信标。磁力仪用以测定探测区域的磁异常值，粗略确定水下文物的位置。应用浅剖仪描绘水底地层的剖面结构，用来探测埋于泥面以下文物位置。多波束声呐以及侧扫声呐，用来提供高分辨率水下声学图像，结合高清摄像头来探测泥面上文物的位置。本发明装置集成并融合多种传感器信息，实现水下文物可视化、精细化的实时探测，提高水下文物考古作业的探测效率。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水下定位装置及定位方法。
根据本发明提供的一种水下定位装置，包括超短基线收发器、测量船、GPS***、应答器以及海洋磁力仪；
所述超短基线收发器设置在测量船的下部；
所述GPS***设置在测量船的上部；
所述海洋磁力仪通过应答器及拖缆与测量船相连接。
优选地，所述超短基线收发器包括发射换能器、接收基阵；
所述发射换能器发出第一声脉冲，所述应答器接收第一声脉冲，回发第二声脉冲，接收基阵接收第二声脉冲；
所述应答器与海洋磁力仪通过刚性连接件连接。
优选地，所述海洋磁力仪包括探头；
所述探头沿周向设置有扇片；
所述探头通过拖鱼、管路与应答器的一端相连接；
所述应答器的另一端通过拖揽与测量船相连接。
本发明还提供了一种水下定位方法，包括如下步骤：
步骤1：确定测量船上超短基线收发器在大地上的位置，记为A(X,Y,Z)，由GPS***测得；
其中，X表示超短基线收发器在X轴上的坐标值；
Y表示超短基线收发器在Y轴上的坐标值；
Z表示超短基线收发器在Z轴上的坐标值；
步骤2：确定应答器相对于发射换能器的位置，记为B(x,y,z)，由超短基线收发器测得；
其中，x表示应答器相对于发射换能器在X轴上的坐标值；
y表示表示应答器相对于发射换能器在Y轴上的坐标值；
z表示表示应答器相对于发射换能器在Z轴上的坐标值。；
步骤3：确定海洋磁力仪的探头相对于应答器的位置(u,v,w)，并获取海洋磁力仪的探头的位置，记为(Xc,Yc,Zc)；
其中，u表示探头相对于应答器在X轴上的坐标值；
v表示探头相对于应答器在Y轴上的坐标值；
w表示探头相对于应答器在Z轴上的坐标值；
其中，(Xc,Yc,Zc)由下列公式获得：
(Xc,Yc,Zc)＝(X+x+u,Y+y+v,Z+z+w)
其中，下标C表示探头；Xc表示探头在X轴上的坐标值；
Yc表示探头在Y轴上的坐标值；
Zc表示探头在Z轴上的坐标值；
步骤4：由海洋磁力仪、声学管线仪分别确定海底管道相对于海洋磁力仪的海平面位置、埋深；
步骤5：根据所述探头相对于应答器的位置、所述海底管道相对于海洋磁力仪的海平面位置和埋深，得到海底管道相对于超短基线收发器的位置的海平面位置和埋深。
优选地，所述步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1：发射换能器发出第一声脉冲；
步骤2.2：应答器收到第一声脉冲后，回发第二声脉冲；
步骤2.2：接收基阵收到第二声脉冲后，测量出X、Y两个方向上的相位差，根据如下公式，获取应答器的位置；
其中，XA表示应答器在X轴上的投影；
θX表示O到P与X轴的夹角；
P表示应答器；
S表示应答器到XYZ坐标系原点O的距离；
c表示声波在水中的传播速度；
f表示声波的频率；
d表示表示Xa、Xb或Ya、Yb两个接收换能器之间的距离；
Δφx表示；X轴方向的两个接收换能器Xa、Xb收到信号的相位差；
Xa表示X轴方向右边的接收换能器；
Xb表示X轴方向左边的接收换能器；
YA表示应答器在Y轴上的投影；
θY表示O到P与Y轴的夹角；
Ya表示Y轴方向下边的的接收换能器；
Yb表示Y轴方向上边的的接收换能器；
Δφy表示；Y轴方向的两个基元Ya、Yb收到信号的相位差；
ZA表示；应答器在Z轴上的投影；
t表示从应答器发出第二声脉冲到接收基阵收到第二声脉冲的时间。
优选地，所述步骤4还包括如下子步骤：
步骤4.1：通过海洋磁力仪确定海平面位置，并通过声学管线仪确定埋深；
步骤4.2：通过海洋磁力仪确定海平面位置和埋深。
优选地，所述步骤4.1包括如下子步骤：
步骤4.1.1：通过地磁日变观测方式筛选得到磁异常数据；
在所述步骤4.1.1中，当Ta<<T0时，则通过如下公式，获取磁异常数据：
ΔT≈Tacosθ
否则，则使用如下公式：
其中，△T表示磁异常；
Ta表示；实际的磁异常强度；
T0表示；正常场的磁场强度；
T表示；磁场总强度；
θ表示Ta与To之间的夹角。
优选地，所述步骤4.2包括如下子步骤：
步骤4.2.1：采集仪器检验、基本场测量、日变观测、定位误差控制、测量实施、质量检查、参数测定这七者的数据；
步骤4.2.2：处理日变改正、海岸效应改正、正常场改正、误差计算、曲化平、磁异常数据、绘制图件这七者的数据；
步骤4.2.3：在磁异常剖面图中，取水平磁异常曲线极值点在航迹线上的投影点和竖直磁异常曲线拐点在航迹线上的投影点中间点，所述中间点在航迹线上的位置即为海平面的位置；
步骤4.2.4：当管道含有钢铁材料或磁性材料，则通过如下公式，代入中间点的磁异常值，并获取埋深；
其中，ms表示单位长度的有效磁矩，ms＝AMS；
△T表示磁异常；
MS表示有效磁化强度；
A表示管道的圆柱体面积；
is表示有效磁化倾角；
I表示正常磁场T0磁倾角；
R表示管道的埋深；
x表示观测点至管道的水平距离。
优选地，利用上述的水下定位装置进行定位。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的水下定位装置及定位方法解决掩埋物的参数测量误差较大的问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的水下掩埋物定位方法的流程图；
图2为本发明提供的水下定位方法的超短基线原理图的正交矩阵。
图3为本发明提供的水下定位方法的超短基线原理图的***收发模型。
图4为本发明提供的水下定位方法的超短基线原理图的基元与应答器传播模型。
图5为本发明提供的水下定位方法的△T与Ta的关系图。
图6为本发明提供的水下定位方法的管道/管线的在不同情况下的定位原理界面图。
图7为本发明提供的水下定位方法的水平圆柱体剖面曲线示意图。
图8为本发明提供的水下定位方法的管道横剖面内磁场分布示意图。
图9为本发明提供的水下定位装置的工作示意图。
图10为本发明提供的水下定位装置的超短基线应答器与磁力仪拖鱼连接方式示意图。
图11为本发明提供的水下定位装置的坐标换算示意图。
图中附图标记如下表所示：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图11所示，本发明提供的一种水下定位装置，包括超短基线收发器、测量船、GPS***1、应答器5以及海洋磁力仪6；所述超短基线收发器设置在测量船的下部；所述GPS***1设置在测量船的上部；所述海洋磁力仪6通过应答器5及拖缆7与测量船相连接。
所述超短基线收发器包括发射换能器2、接收基阵4；所述发射换能器2发出第一声脉冲，所述应答器5接收第一声脉冲，回发第二声脉冲，接收基阵4接收第二声脉冲；所述应答器5与海洋磁力仪6通过刚性连接件连接。
所述海洋磁力仪6包括探头10；所述探头10沿周向设置有扇片；所述探头10通过拖鱼9、管路8与应答器5的一端相连接；所述应答器5的另一端通过拖揽7与测量船相连接。
本发明还提供了一种水下定位方法，包括如下步骤：步骤1：确定测量船上超短基线收发器在大地上的位置，记为A(X,Y,Z)，由GPS***1测得；其中，X表示超短基线收发器在X轴上的坐标值；Y表示超短基线收发器在Y轴上的坐标值；Z表示超短基线收发器在Z轴上的坐标值；步骤2：确定应答器5相对于发射换能器2的位置，记为B(x,y,z)，由超短基线收发器测得；其中，x表示应答器5相对于发射换能器2在X轴上的坐标值；y表示表示应答器5相对于发射换能器2在Y轴上的坐标值；z表示表示应答器5相对于发射换能器2在Z轴上的坐标值。步骤3：确定海洋磁力仪6的探头10相对于应答器5的位置(u,v,w)，并获取海洋磁力仪6的探头10的位置，记为(Xc,Yc,Zc)；其中，u表示探头10相对于应答器5在X轴上的坐标值；v表示探头10相对于应答器5在Y轴上的坐标值；w表示探头10相对于应答器5在Z轴上的坐标值；其中，(Xc,Yc,Zc)由下列公式获得：
(Xc,Yc,Zc)＝(X+x+u,Y+y+v,Z+z+w)
其中，下标C表示探头；Xc表示探头10在X轴上的坐标值；
Yc表示探头10在Y轴上的坐标值；
Zc表示探头10在Z轴上的坐标值；
步骤4：由海洋磁力仪6、声学管线仪3分别确定海底管道相对于海洋磁力仪6的海平面位置、埋深；
步骤5：根据所述探头10相对于应答器5的位置、所述海底管道相对于海洋磁力仪6的海平面位置和埋深，得到海底管道相对于超短基线收发器的位置的海平面位置和埋深。
所述步骤2包括如子步骤：步骤2.1：发射换能器2发出第一声脉冲；步骤2.2：应答器5收到第一声脉冲后，回发第二声脉冲；步骤2.2：接收基阵4收到第二声脉冲后，测量出X、Y两个方向上的相位差，根据如下公式获取应答器5的位置；
其中，XA表示应答器在X轴上的投影；
θX表示O到P与X轴的夹角；
P表示应答器；
S表示应答器到XYZ坐标系原点O的距离；
c表示声波在水中的传播速度；
f表示声波的频率；
d表示表示Xa、Xb或Ya、Yb两个接收换能器之间的距离；
Δφx表示；X轴方向的两个接收换能器Xa、Xb收到信号的相位差；
Xa表示X轴方向右边的接收换能器；
Xb表示X轴方向左边的接收换能器；
YA表示应答器在Y轴上的投影；
θY表示O到P与Y轴的夹角；
Ya表示Y轴方向下边的的接收换能器；
Yb表示Y轴方向上边的的接收换能器；
Δφy表示；Y轴方向的两个基元Ya、Yb收到信号的相位差；
ZA表示；应答器在Z轴上的投影；
t表示从应答器5发出第二声脉冲到接收基阵4收到第二声脉冲的时间。
所述步骤4还包括如下子步骤：步骤4.1：通过海洋磁力仪6确定海平面位置，并通过声学管线仪3确定埋深；步骤4.2：通过海洋磁力仪6确定海平面位置和埋深。
所述步骤4.1包括如下子步骤：步骤4.1.1：通过地磁日变观测方式筛选得到磁异常数据；在所述步骤4.1.1中，当Ta<<T0时，则通过如下公式，获取磁异常数据：：
ΔT≈Tacosθ
否则，则使用如下公式：
其中，△T表示磁异常；
Ta表示；实际的磁异常强度；
T0表示；正常场的磁场强度；所述正常场是指预先设定的场；
T表示；磁场总强度；
θ表示Ta与To之间的夹角。
所述步骤4.2包括如下子步骤：步骤4.2.1：采集仪器检验、基本场测量、日变观测、定位误差控制、测量实施、质量检查、参数测定这七者的数据；步骤4.2.2：处理日变改正、海岸效应改正、正常场改正、误差计算、曲化平、磁异常数据、绘制图件这七者的数据；步骤4.2.3：在磁异常剖面图中，取水平磁异常曲线极值点在航迹线上的投影点和竖直磁异常曲线拐点在航迹线上的投影点中间点，所述中间点在航迹线上的位置即为海平面的位置；步骤4.2.4：当管道含有钢铁材料或磁性材料，则通过如下公式，代入中间点的磁异常值，并获取埋深；
其中，ms表示单位长度的有效磁矩，ms＝AMS；
△T表示磁异常；
MS表示有效磁化强度；
A表示管道的圆柱体面积；
is表示有效磁化倾角；
I表示正常磁场T0磁倾角；
R表示管道的埋深；
x表示观测点至管道的水平距离。
本发明提供的水下定位方法，利用上述的水下定位装置进行定位。
本发明专利具体流程图如图1所示，下面对本发明专利的具体步骤作进一步的说明。
步骤1：确定测量船上超短基线收发器的位置；本发明采用的是由GPS全球定位***，即GPS***1来确定测量船上超短基线收发器在大地上的位置A(X,Y,Z)。
步骤2：确定超短基线应答器，即应答器5相对于测量船的位置，由超短基线测得；首先发射换能器2发出一个声脉冲，然后应答器5收到后，回发声脉冲，最后接收基阵4收到后，测量出X、Y两个方向的相位差Δφ，在X轴方向，由于所以于是将其代入XA＝cosθX·SXb可以求得声线在X轴上的投影,由于d＜＜SXb，可以近似的认为SXb＝S，也就是同样的道理可以求得 S可以由求出，t是从发出信号到接收矩阵收到应答信号的时间，c是声波在水中的传播速度。可以得到超短基线应答器相对于换能发射器，即发射换能器2的位置B(x,y,z)；
其中，△t表示在X轴方向两个基元接收到声脉冲的时间差；
φx表示；X轴方向的两个基元Xa、Xb收到信号的相位差；
Δφx表示；X轴方向的两个基元Xa、Xb收到信号的相位差；
Xa表示位于X轴方向右边的的基元；
Xb表示位于X轴方向左边的的基元；
c表示声波在水中的传播速度；
f表示声波的频率；
d表示表示Xa、Xb或Ya、Yb两个接收换能器之间的距离
XA表示应答器在X轴上的投影；
θX表示OP与X轴的夹角；OP为XYZ坐标系圆点0与应答器的连线；
S表示应答器到原点O的距离；
YA表示应答器在Y轴上的投影；
步骤3：确定海洋磁力仪探头相对于超短基线应答器的位置；通过超短基线的坐标输入到matlab中进行曲线拟合得到拟合曲线方程f(x,y,z)，取在曲线上与应答器位置比较近且靠近曲线的点，由应答器位置指向这个点指引出一条射线l， 由可以得到一个角度角度为射线l与X，Y平面之间的夹角，由应答器5到海洋磁力仪6的探头之间的长度可以得到一个距离，由角度和距离就可以得到海洋磁力仪探头,即探头10相对于超短基线应答器的坐标(u,v,w)，最后可以得到海洋磁力仪探头的位置(Xc,Yc,Zc)＝(X+x+u,Y+y+v,Z+z+w)；
步骤4：确定海底管道的海平面位置和埋深，有三种方法，其中定性测量只确定海平面位置、声学管线仪只确定埋深或定量测量由海洋磁力仪6既确定海平面位置的同时也确定埋深；法1定性测量：
1)地磁日变观测
2)实测
3)数据处理
每天测量完成后，必须先查看当天日变数据，若发现日变数据有剧烈变化即有磁暴现象，则此日所有数据必须作废。若日变数据和实测数据的数据质量都在误差允许的范围内，则进行日变校正，再用校正后的数据减去已选定的基本场(定性测量时可根据测区所处地域查询地磁场分布表获得)，这样就得到磁异常△T，绘制磁异常等值线图(扫面测量)和磁异常剖面图(剖面测量)；磁异计算：
而△T是T与T0的模量差，即：
ΔT＝|T|-|T0|
△T既不是Ta的模量，也不是Ta在T0的投影
根据矢量三角形的余弦定理
上式中的θ是Ta与T0间的夹角。根据ΔT＝|T|-|T0|，上式可写为
对上式两端取平方，并除以T0 2，则得
当Ta＜＜T0时，上式中的平方项可略去。
可简化为：
ΔT≈Tacosθ＝Tacos(T,T0)
磁异常定性解释：
1)对于关于y轴对称的异常曲线，极值点在航迹线上的投影点就是管道/管线在海平面的投影点。
2)对于关于原点对称的异常曲线，曲线的拐点在航迹线上的投影点就是管道/管线在海平面的投影点。
3)对于非对称的异常曲线，则根据其与上述两种对称曲线的接近程度来确定管道/管线的定位点。如与y轴对称的曲线较接近，则其定位点较接近极值点；如与原点对称的曲线较接近，则其定位点较接近拐点。
4)所有定位点的连线方向就是所测管道/管线的走向。
法2：
通过声学管线仪来确定管道/管线的埋深
法3定量测量：
1)数据采集：仪器检验、基本场测量、日变观测、定位误差控制、测量实施、质量检查、参数测定
2)数据处理：日变改正、海岸效应改正、正常场改正、误差计算、曲化平、磁异常计算(同上)、绘制图件
3)模型反演及处理解释：水平圆柱体模型：当管道含有钢铁材料或磁性材料，平铺设于海底时，可以把它看作是一条走向水平、无限延伸的圆柱体。则
式中(注：单位为SI制)：
ms：单位长度的有效磁矩，ms＝AMS，MS为有效磁化强度，可计算求的；
is：有效磁化倾角，饱和磁化条件下，可认为与当地地磁场倾角相等；
I：正常场(T0)磁倾角，可查询全球磁倾角等倾图获得或测量获得；
R：管道的埋深，测量工程中待求量；
x：观测点至管道的水平距离，测量工程中待求量，化极，取磁异常最大值位置。
通常磁测的目的就是求得管道的埋深即R的相关量和位置，即x的相关量，其他参数可通过测量或查表计算获得。在磁异常剖面图中，取水平磁异常曲线极值点在航迹线上的投影点和竖直磁异常曲线拐点在航迹线上的投影点中间的一个点的作为X＝0的位置，这个点在航迹线上的位置就是海平面的位置，测出这点的磁异常值作为磁异常最大值，带入公式算出埋深。
在剖面数据较规则的情况下，通过计算二阶导数或化极后的一阶导数，可先确定x＝0的位置，即目标在水平面的垂直投影，再由公式计算出各点对应的埋深，取平均值算出目标埋深R。
若数据分布不规则，则必须采用地球物理磁法相关软件进行反演计算
通电长直导线模型：当测量目标属于通电/通信电缆/管线即直流电或者低频电流时，反演时选择通电长直导线模型。由于线路周围的介质均为非磁介质，当通过线路的电流为直流电或者低频电流时，线路中的线电流在其周围空间产生的磁场可表示为：
由于磁力仪测得的是在T0方向的分量△T。因此
即
式中(注：单位为SI制)：
ΔT：电流磁场H在T0方向的分量。
I：管道/管线的电流强度。
x：观测点P至管道/管线的水平距离。
z：管道/管线的埋深。
α：电流磁场H与水平面之间的夹角。
i：正常场T0方向与水平面之间的夹角。
通常电流产生的磁异常较大，成图后较规则，通过计算二阶导数或化极后的一阶导数，可先确定x＝0的位置，即目标在水平面的垂直投影，再由公式计算出各点对应的埋深，取平均值算出目标埋深Z。
下面对本发明提供的水下定位装置的工作原理进行进一步说明：
当进行海底管道的测量时，首先架设日变站，超短基线换能器和接受基阵4安装在船上，拖鱼9直接拖曳于船尾，在进行剖面测量中，尽可能的使船航线与管道垂直。发射换能器2的位置可以由GPS***1确定，通过发射换能器2发出一个声脉冲，应答器5收到后，回发声脉冲，接收基阵4收到后，测量出X、Y两个方向的相位差，并根据声波的到达时间计算出应答器5到接收基阵4的距离，记为R，从而计算得到应答器5在平面坐标上的位置和深度。通过应答器5到探头10的距离，应答器5的方向导数可以确定探头10的位置。最后通过海洋磁力仪的定性测量和定量测量可以得到海底管道的埋深和海平面位置的精确定位，本装置同样也能用于通电/通信电缆/管线(直流电或者低频电流的埋深和海平面位置的精确定位。
需要说明的是，本发明使用的序数形容词“第一”、“第二”及“第三”等用来描述共同的对象，仅表示指代相同对象的不同实例，而并不是要暗示这样描述的对象必须采用给定的顺序，无论是时间地、空间地、排序地或任何其它方式。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种水下定位装置，其特征在于，包括超短基线收发器、测量船、GPS***(1)、应答器(5)以及海洋磁力仪(6)；
所述超短基线收发器设置在测量船的下部；
所述GPS***(1)设置在测量船的上部；
所述海洋磁力仪(6)通过应答器(5)及拖缆(7)与测量船相连接。
2.根据权利要求1所述的水下定位装置，其特征在于，所述超短基线收发器包括发射换能器(2)、接收基阵(4)；
所述发射换能器(2)发出第一声脉冲，所述应答器(5)接收第一声脉冲，回发第二声脉冲，接收基阵(4)接收第二声脉冲；
所述应答器(5)与海洋磁力仪(6)通过刚性连接件连接。
3.根据权利要求1所述的水下定位装置，其特征在于，所述海洋磁力仪(6)包括探头(10)；
所述探头(10)沿周向设置有扇片；
所述探头(10)通过拖鱼(9)、管路(8)与应答器(5)的一端相连接；
所述应答器(5)的另一端通过拖揽(7)与测量船相连接。
4.一种水下定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定测量船上超短基线收发器在大地上的位置，记为A(X,Y,Z)，由GPS***(1)测得；
其中，X表示超短基线收发器在X轴上的坐标值；
Y表示超短基线收发器在Y轴上的坐标值；
Z表示超短基线收发器在Z轴上的坐标值；
步骤2：确定应答器(5)相对于发射换能器(2)的位置，记为B(x,y,z)，由超短基线收发器测得；
其中，x表示应答器(5)相对于发射换能器(2)在X轴上的坐标值；
y表示表示应答器(5)相对于发射换能器(2)在Y轴上的坐标值；
z表示表示应答器(5)相对于发射换能器(2)在Z轴上的坐标值。；
步骤3：确定海洋磁力仪(6)的探头(10)相对于应答器(5)的位置(u,v,w)，并获取海洋磁力仪(6)的探头(10)的位置，记为(Xc,Yc,Zc)；
其中，u表示探头(10)相对于应答器(5)在X轴上的坐标值；
v表示探头(10)相对于应答器(5)在Y轴上的坐标值；
w表示探头(10)相对于应答器(5)在Z轴上的坐标值；
其中，(Xc,Yc,Zc)由下列公式获得：
(Xc,Yc,Zc)＝(X+x+u,Y+y+v,Z+z+w)
其中，下标C表示探头；Xc表示探头(10)在X轴上的坐标值；
Yc表示探头(10)在Y轴上的坐标值；
Zc表示探头(10)在Z轴上的坐标值；
步骤4：由海洋磁力仪(6)、声学管线仪(3)分别确定海底管道相对于海洋磁力仪(6)的海平面位置、埋深；
步骤5：根据所述探头(10)相对于应答器(5)的位置、所述海底管道相对于海洋磁力仪(6)的海平面位置和埋深，得到海底管道相对于超短基线收发器的位置的海平面位置和埋深。
5.根据权利要求4所述的水下定位方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：
步骤2.1：发射换能器(2)发出第一声脉冲；
步骤2.2：应答器(5)收到第一声脉冲后，回发第二声脉冲；
步骤2.2：接收基阵(4)收到第二声脉冲后，测量出X、Y两个方向上的相位差，根据如下公式，获取应答器(5)的位置；
其中，XA表示应答器在X轴上的投影；
θX表示O到P与X轴的夹角；
P表示应答器；
S表示应答器到XYZ坐标系原点O的距离；
c表示声波在水中的传播速度；
f表示声波的频率；
d表示表示Xa、Xb或Ya、Yb两个接收换能器之间的距离；
Δφx表示；X轴方向的两个接收换能器Xa、Xb收到信号的相位差；
Xa表示X轴方向右边的接收换能器；
Xb表示X轴方向左边的接收换能器；
YA表示应答器在Y轴上的投影；
θY表示O到P与Y轴的夹角；
Ya表示Y轴方向下边的的接收换能器；
Yb表示Y轴方向上边的的接收换能器；
Δφy表示；Y轴方向的两个基元Ya、Yb收到信号的相位差；
ZA表示；应答器在Z轴上的投影；
t表示从应答器(5)发出第二声脉冲到接收基阵(4)收到第二声脉冲的时间。
6.根据权利要求4所述的水下定位方法，其特征在于，所述步骤4还包括如下子步骤：
步骤4.1：通过海洋磁力仪(6)确定海平面位置，并通过声学管线仪(3)确定埋深；
步骤4.2：通过海洋磁力仪(6)确定海平面位置和埋深。
7.根据权利要6所述的水下定位方法，其特征在于，所述步骤4.1包括如下子步骤：
步骤4.1.1：通过地磁日变观测方式筛选得到磁异常数据；
在所述步骤4.1.1中，当Ta<<T0时，则通过如下公式，获取磁异常数据：
ΔT≈Tacosθ
否则，则使用如下公式：
其中，△T表示磁异常；
Ta表示；实际的磁异常强度；
T0表示；正常场的磁场强度；
T表示；磁场总强度；
θ表示Ta与To之间的夹角。
8.根据权利要求6所述的水下定位方法，其特征在于，所述步骤4.2包括如下子步骤：
步骤4.2.1：采集仪器检验、基本场测量、日变观测、定位误差控制、测量实施、质量检查、参数测定这七者的数据；
步骤4.2.2：处理日变改正、海岸效应改正、正常场改正、误差计算、曲化平、磁异常数据、绘制图件这七者的数据；
步骤4.2.3：在磁异常剖面图中，取水平磁异常曲线极值点在航迹线上的投影点和竖直磁异常曲线拐点在航迹线上的投影点中间点，所述中间点在航迹线上的位置即为海平面的位置；
步骤4.2.4：当管道含有钢铁材料或磁性材料，则通过如下公式，代入中间点的磁异常值，并获取埋深；
其中，ms表示单位长度的有效磁矩，ms＝AMS；
△T表示磁异常；
MS表示有效磁化强度；
A表示管道的圆柱体面积；
is表示有效磁化倾角；
I表示正常磁场T0磁倾角；
R表示管道的埋深；
x表示观测点至管道的水平距离。
9.根据权利要求4所述的水下定位方法，其特征在于，利用权利要求1所述的水下定位装置进行定位。
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