超短基线定位的海上应用及精度评估

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。     

一种超短基线定位系统阵型的改进方法

超短基线随着作用距离增加,其定位误差也增大.为了满足远距离作业需要,提高超短基线远距离的定位精度,文中提出通过改进超短基线基阵阵型的方法来提高定位精度,但同时会带来相位模糊的问题,因此进一步提出一种利用双脉冲信号相位抗模糊的方法以保证在改进的阵型条件下能够正确地定位.仿真和实验结果证明通过阵型改进后的超短基线系统定位精度得到了很大的提高.     

超短基线水声定位系统动态定位误差测试研究

现有对超短基线水声定位系统的误差研究多集中在静态领域，鲜有文献对其动态误差进行研究。 以 GAPS 作为主要试验设备对超短基线水声定位系统的动态误差进行了相关研究，提出了一种超短基线水声定位系统动态定位误差测试方法。使用圆概率误差半径进行度量，并通过湖上实验对 GAPS 的动态误差进行了测算，为水下定位系统校准/标定方法的研究奠定了重要基础。     

超短基线系统定位精度改进方法

超短基线是一种常用的水声定位技术,与其它基线相比,超短基线定位系统基线基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,提高超短基线远距离的定位精度,提出改进超短基线定位精度的两种方法,一种方法是通过改进基阵阵形,从而加大基阵孔径提高定位精度;另一种是通过使用宽带信号测向,采用相关峰内插时延估计的方法。经计算机仿真,通过两种方法改进后的超短基线系统定位精度都得到不同程度的提高。     

超短基线定位系统的误差分析

本文对超短基线定位系统的误差进行了分析,建立了定位的随机误差和测量值误差之间的关系,指出了提高定位精度的某些方法和措施.     

高精度水下定位的一种实现方案

提出了一种运用GPS和超短基线等设备实现潜器水下高精度定位的方案,给出了完整的定位解算数学模型,并进行了误差仿真分析。     

超短基线定位系统在深拖探测中的应用

作为水下探测设备的载体,深拖系统可长时间大范围的进行海洋调查,其水下位置的准确与否,将直接关系到探测资料的可用度。该文从深拖水下导航定位的关键技术问题出发,总结了适用于深拖系统的水下定位方法,重点介绍了具备高稳定度、高精度等诸多优点的超短基线声学定位系统。结合实例,阐述了超短基线定位工作原理、误差分析及数据处理方法,在拖曳系统匀速直线运动状态下,基于抗差自适应卡尔曼滤波算法对超短基线定位数据进行了处理,滤除了定位数据中的跳点,得到了较平滑且与原始数据相吻合的滤波数据。     

基于卫星的水下载体实时水声定位模型

为适应水下载体高精度实时导航定位的需求,提出了基于卫星导航定位的浮标水声定位系统定位模式,主要讨论了长基线固定浮标定位系统和超短基线单体智能浮标系统的工作原理和点位计算模型,分析了水声定位系统定位的准确度和误差源,对促进全球海域实现全天候高精度完全水下自主定位具有一定的指导意义。     

两种水下定位方式的误差对比与分析

利用在富钴结壳海山实测的2条海底摄像测线资料,通过超短基线水下定位数据和LAYBACK方式定位校正结果的分析与对比,结果表明,通过超短基线定位系统的同步测量,可实现对海底摄像拖体的高精度水下定位,而通过LAYBACK校正方式得到的拖体定位数据误差变化范围很大。LAYBACK校正误差受航速和拖缆长度变化的影响程度较小,而受母船航向变化的影响程度要大得多,因此,当利用LAYBACK方法进行水下定位校正的时候,尤其需要注意船向变化对定位精度的影响。     

水下拖体声学超短基线定位测量及其卡尔曼滤波技术

水声超短基线定位技术是探测水下目标的有效手段。超短基线定位测得的原始数据具有不同程度的随机离散性。为了得到能够真实反映目标运动轨迹变化的坐标数据 ,本文应用了卡尔曼滤波技术来处理定位原始数据 ,取得了良好的结果     

基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。     

基于最小二乘法的超短基线水声定位系统校准方法

超短基线水声定位系统是海洋工程及水下无人系统中应用较广泛的精密仪器设备，为了提高对水下目标的定位精度，在使用前需对其进行校准。描述了一种基于最小二乘法迭代修正的超短基线水声定位系统校准方法，该方法以最小二乘法为基本原理，通过多次迭代修正的方式，修正基阵与GPS天线之间的平移偏差以及基阵与罗经之间的旋转偏差，从而提高系统的测量精度，最终通过湖上试验验证了该方法的有效性。     

水下地貌调查测量精度提高方法研究

海洋调查中,为确保调查信息与实际位置相匹配,提高调查成果的可信度,必须提高作业船拖曳调查设备的定位精度。论述了基于超短基线（USBL）水声定位与差分全球定位系统（DGPS）组合的新方法,消除了因作业船频繁变向、潮流的流向及流速等造成的调查设备位置的测量误差,成功地解决了调查信息错位,提高了海底地貌调查的定位测量精度,实用性较强。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrainmatching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation(LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.     

Underwater Terrain Positioning Method Based on Least Squares Estimation for AUV

To achieve accurate positioning of autonomous underwater vehicles, an appropriate underwater terrain database storage format for underwater terrain-matching positioning is established using multi-beam data as underwater terrain-matching data. An underwater terrain interpolation error compensation method based on fractional Brownian motion is proposed for defects of normal terrain interpolation, and an underwater terrain-matching positioning method based on least squares estimation (LSE) is proposed for correlation analysis of topographic features. The Fisher method is introduced as a secondary criterion for pseudo localization appearing in a topographic features flat area, effectively reducing the impact of pseudo positioning points on matching accuracy and improving the positioning accuracy of terrain flat areas. Simulation experiments based on electronic chart and multi-beam sea trial data show that drift errors of an inertial navigation system can be corrected effectively using the proposed method. The positioning accuracy and practicality are high, satisfying the requirement of underwater accurate positioning.     

一种深海拖曳系统稳健可靠的组合定位方法

为了解决深海拖曳系统定位异常、不连续以及误差积累的问题,提出了一种联合惯性导航系统(INS)和超短基线定位系统(USBL)的组合定位方法,利用在航声线跟踪实现USBL的高精度定位,顾及INS和USBL系统的互补性,并结合Kalman滤波构建了INS+USBL的组合定位模型。将该组合定位模型应用于"向阳红01"船深海拖曳系统在南海的定位实验并与USBL的定位结果比对,实验表明,组合定位方法有效地解决了深拖系统定位异常且不连续问题。INS+USBL组合定位方法可以满足深海拖曳系统的稳健可靠定位,对于深远海定位具有重要意义。     

In-situ alignment calibration of attitude and ultra short baseline sensors for precision underwater positioning

Positioning accuracy of an ultra short baseline (USBL) tracking system is significantly reduced with the increase of alignment errors in the installation of sensors. Although techniques for sensor alignment calibration have been developed, they are either complex or lacking in rigor. This study proposes an algorithm to estimate the angular misalignments of a USBL transceiver relative to attitude sensors. The numerical algorithm is based on the positioning errors caused by heading, pitch, and roll misalignments, respectively, when running a circular survey around a seabed transponder. The positioning errors introduced by the angular misalignments outline an iterative scheme of estimating the roll alignment error first, next the heading alignment error, and then finally the pitch alignment error. This makes possible the efficient estimation of all angular misalignments with a high degree of accuracy. With the consideration of measurement error and executing a non-centered and non-perfect circle around the true transponder position, numerical simulations are performed to validate the effectiveness of the proposed algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm is robust to the effects of measurement error, non-centered circles, and non-perfect circles. Moreover, the estimates converge fairly quickly, and can be achieved with good accuracy in only a few iterations.     

顾及声线高度角的水下定位随机模型优化

先验随机模型本身的误差会给参数估计带来随机性影响,水下定位等权随机模型简单却不符合实际。基于这一事实,在水下声纳定位模型和随机模型基础上,讨论了随机模型不完善对参数估计的影响。考虑了影响定位主要误差源与高度角之间的关系,结合统计经验提出了基于声线高度角相关的水下定位随机模型。试验表明,优化后的高度角相关随机模型在定位精度上较等权随机模型有所提高。因此,在水下定位中,应减少低高度角观测值的权重,利用提出的随机模型可以减小高度角观测误差对定位精度的影响。