中海达iTrack系列水声定位系统的应用

正一、前言水声定位系统是利用声学信号对水下目标进行定位的系统。水声定位系统主要是对局部区域的水下目标进行精确定位及导航。根据测量基线的长度不同,水声定位系统分为超短基线(USBL/SSBL)、短基线(SBL)和长基线(LBL)3种方式。目前,国内市场上主要采用国外的水声定位系统,主要的生产厂商有:法国IXSEA、挪威Kongsberg、英国Sonardyne、澳大利亚Nautronix、美国     

差分GPS水下定位系统的解析法网形分析

基于差分GPS水下定位系统的双曲线定位模型,推导了极坐标系下定位结果的解析表迭式,并进一步给出了水面基线网的网形、基线精度以及水声距离测量精度对定位结果影响的分析.结果表明,采用非辐射网形分布,双曲线定位模型存在明显的不稳定区;采用辐射网形基线分布,在基线网的范围内.平面定位精度较均匀;无论采用何种基线网形分布,深度方向的弱约束必然导致深度方向存在显著的误差.     

差分GPS水下立体定位导航系统的时间测量

差分GPS水下立体定位系统是通过测量同一水声信号到达不同浮标的时刻,计算水下收发机到各枚浮标的距离差,实现水下立体双曲线交会定位的。本文对水下立体定位导航系统的数学模型进行了推导。根据差分GPS水下立体定位导航系统的要求对GPS接收机时钟同步进行了详细分析,同时对GPS接收机接口数据输出和支持的三种时间测量方案进行了介绍,并对时间延迟进行了分析。     

一种水下运动目标高精度定位方法

提出基于差分GPS（DGPS）技术和超短基线水声定位技术的水下运动目标定位方法,并推导出定位解算数学模型。所构建的水下运动目标定位系统,经工程实践证明,定位精度优于2m。     

基于垂直面阵水下定位的算法研究

当前的DGPS水下立体定位是基于水面上的基线面阵双曲线定位系统，对于信号接收器位于同一个垂直平面内时并没有给出具体的定位模型。利用垂直面阵上信号接收机的几何关系自定义坐标系，通过测边网解算方法计算出它们在所定义的坐标系中的坐标。水下声源发射器发射信号，经过一段时间后，各信号接收器接收到信号，利用示波器和信号处理技术得到各信号接收器接收时刻的时间差。通过建立距离交汇模式的定位模型，解算出水下声源发射器的三维坐标。结合在湖北清江的多目标水声信号识别与检测试验，根据实际测得的相关数据解算出水下目标发射器的坐标。由于此定位方法不需要GPS精密时钟，节约了定位成本。适合船体携带，操作方便。为水下目标定位提供了一个新的方法。     

太阳时角法在超短基线静态校准中的应用

针对海洋工程测量作业工程船只自身的特殊性,导致对超短基线定位系统无法采用常规的动态校准方法这一问题,该文根据天文方位测量原理,结合全站仪高精度的角度测量和GPS定位及授时测量,对超短基线定位系统的发射接收机参考指向与船体中轴线之间的水平角度偏差进行静态校准。通过编制相应的校准程序,结合在海洋工程中的海底管线铺设中的应用进行验证,测量分析结果表明,超短基线定位系统静态校准方法满足水下导航定位施工作业的精度要求,取得了良好的实施效果。     

GNSS长度测量不确定性试验分析

针对GNSS定位结果总是存在点位误差,由此导出的长度测量值为点位误差的非线性映射,对于长距离定位量测,其非线性影响较小,线性化近似一般可以满足精度要求,但对于短距离量测,其非线性影响不容忽略的问题。该文探讨了GNSS长度测量不确定性来源,通过单点定位和差分定位试验验证了长度测量不确定性与定位精度、点间距离的关系,测试不同偏差和方差估计公式的适用性。试验表明,对于GNSS高精度、长基线测量,其长度统计偏差可以忽略,且方差为基线向量的方向方差;现有不确定性评估公式在超短基线情形适用性会变差,在这种情形下,试验表明二阶偏差和方差估计更为精确。通过消除长度统计偏差得到无偏估计量,可以有效提高距离量测的可靠性,为提高用户距离量测精度提供有益帮助。     

超短基线水下定位校准方法的探讨与分析

超短基线水下定位系统的应用开发和技术研究在现代海洋测绘中发挥着重要作用.在安装超短基线定位系统进行水下声学定位测量过程中,很难保证换能器中心与测量船重心之间三坐标轴完全重合,即存在系统偏差,它是导致超短基线系统定位出现误差的一个重要原因,必须对其进行校准.以英国Sonardyne公司的超短基线ScoutPro法国IXS...     

水下无线传感器网络定位技术研究进展

水下无线传感器网络和浮标网络定位技术是当今海洋测绘领域的新技术。浮标网络定位技术结合了全球定位系统和水声测量定位技术,可有效地为水下目标进行定位和导航。水下无线传感器网络由大量廉价微型传感器节点组成,可用于实时监测海洋环境的变化、节点定位、水下目标定位和导航等。详细分析了浮标网络定位技术的不足,介绍了水下无线传感器网络,深入剖析了水下无线传感器网络定位技术的发展现状,指出了需要解决的技术难题,为水下无线传感器网络的后续研究提供参考。     

利用数据融合改进超短基线系统定位精度

超短基线定位系统是一种常用的水下声学定位设备,其定位精度有限,且基阵阵型的设计对目标的定位精度存在影响。本文提出了一种利用数据融合改进超短基线系统定位精度的方法。系统仅经过一次测量,通过各基本阵列构型对目标进行初步定位,再将定位结果进行有效的数据融合,得到最终的结果。仿真试验表明,本文提出的方法可以有效地提高低信噪比情况下超短基线定位系统的可靠性和定位精度。     

水下DGPS定位系统可定位范围分析

水下DGPS定位系统是我国近些年研制的一套水声定位系统,该系统经过了在三亚、抚仙湖等地区的试验,得到了较高的定位精度.利用Argo浮标剖面数据,将海水视为水平分层均匀介质,计算声速剖面,根据Snell定律从理论上推出了理想情况下水下导航定位系统中浮标的可布设范围和水下DGPS定位系统浮标阵的可定位范围.     

水下地形测量

同陆地一样，海洋与江河湖泊开发的前期基础性工作也是测图。不同的是，在水域是测量水下地形图或水深图。兴建港口；水上运输；海上采油；海底探矿；海洋捕捞，发展水产；海域划界，海战保障；监测海底运动，研究地球动力等任务都需要各种内容的水下地形测量。 水下地形测量主要包括定位和测深两大部分。定位的作用是不言而喻的，目前的水上定位手段有光学仪器定位、无线电定位、水声定位、卫星定位和组合定位。平面位置的控制基础主要是陆上已有的国家等级控制点，卫星定位如采用差分方式，其岸台亦多采用已知控制点，以求坐标系统的统一。如果大洋测量采用卫星单点定位方式，则应根据需要确定是否进行坐标换算。水声定位网通常在特殊的、较小的范围内使用，因为目前水声传播的距离，在一般情况下，是不足以满足人们要求的。 水上定位同时，测量水的深度是确定水下地形的重要内容。测深主要靠回声测深仪进行。利用水声换能器垂直向下发射声波并接收水底回波，根据回波时间和声速来确定被测点的水深，通过水深的变化就可以了解水下地形的情况。20世纪60年代，出现了侧扫声纳，可探测船一侧(或两侧)一定面积海域内的水下障碍物和水底地貌，可以取得类似于航摄效果的水底表面声学图像。20世纪70年代，又出现了多波束测深系统，它能一次给出与航线垂直的平面内几十个甚至百余个海底被测点的水深值，形成一定宽度的全覆盖的水深条带，可以比较可靠地反映出水下地形的细微起伏，比单一测线的水深测量确定水下地形更真实。目前，多波速测深系统正向小型化发展，适用浅水海域和简易船只的新产品已经有售。20世纪80年代以后，又推出了高效率的机载激光测深系统，激光光束的高分辨率能获得海底传真图像，从而可以详细调查海底地貌和底质。美国国防制图局于1990年研制的ABS机载水深测量系统，除包括一台激光测深仪外，还有一台多光谱扫描仪和一台电磁剖面仪，能够在各种环境条件下，在飞机上利用激光、光谱和电磁测量几种方法互补快速测制沿海的水下地形图。这些手段一般可测深30～50 m，精度在±0.3 m左右。目前，还可以利用卫星上安装合成孔径雷达(SAR)等设备对海面遥感摄影，通过对照片处理确定水深。需要强调的是，以上水深测量得到的瞬时值存在着仪器、潮汐等因素的影响。因此，需在数据后处理中加入相关改正，并归算至统一的高程基准面。为了与陆上地形图实现拼接，水下地形图宜采用与陆地统一的高程基准。而为航海服务的海图通常采用理论深度基准面，它和平均海面相差一个常数。国外少数国家，在水下工程施工前，还利用潜水器携带水下立体摄影机获取水下地形的立体相片，或者利用高分辨率声学系统采取全息摄影技术测量水下地形。在特殊地区还可利用水下经纬仪、水下激光测距仪、水下气压水准仪和水下液体比重水准仪、水下电视摄影系统测量水下地形。 目前，水下地形测量过程已逐步实现自动化，数字产品已多见。     

高精度甚长基线干涉测量理论时延软件的实现

针对甚长基线干涉测量天文观测、深空探测和空间阵列项目对高精度理论时延计算的需求,该文进行了高精度理论时延计算软件的具体实现。首先介绍了河外射电源和探测器理论时延计算模型;然后详细阐述了理论时延计算软件的系统架构及其具体实现;最后将该软件与DiFX软件和嫦娥工程甚长基线干涉测量软件的计算结果进行对比分析。比对结果显示:对于河外射电源,理论时延差最大为几百个皮秒;对于探测器,理论时延差小于2ns,这表明该软件能够用于地面验证试验。     

水下UUVs集群协同定位技术发展现状及趋势北大核心CSCD

随着水下装备逐渐走向自主化、无人化、智能化,水下无人航行器(UUV)以集群的形式协同作业成为必然的发展方向。本文介绍了UUVs集群设备的发展现状及相关项目开展情况;系统梳理了UUVs集群协同定位技术在编队构型设计、观测量误差建模、模型与解算方法及水声通信技术方面取得的研究进展;重点讨论了UUVs集群协同定位技术的发展趋势,即协同编队构型设计的可视化、多源传感器误差建模的精细化、集群协同定位算法的智能化及定位结果质量控制的实时化;最后对UUVs集群协同定位技术的发展作出展望。     

超短基线多信标约束的深海动态定位方法探讨

深海长航时高精度定位是水下测量载体开展海洋测量的前提,超短基线系统是将声学基阵集成到一个换能器中,通过对声学信标的测距测向实现定位,体现出极大的灵活性与便利性。为进一步提升超短基线系统的定位精度和可靠性,在超短基线多信标同步定位技术得到长足发展的背景下,提出了超短基线多信标约束定位方法的概念,并根据多信标约束模式（测距约束、测距测向约束）、信标基阵构建模式（固定基线、动态基线）等不同情况进行了探讨。超短基线多信标约束的深海动态定位实验表明,在超短基线单信标定位精度为深度的2‰的情况下,多信标固定基线测距测向约束定位精度可提升至深度的1‰,入射角度、基线长度以及动态基线测距精度等是影响多信标约束定位的重要因素。超短基线多信标约束的多种定位模式体现出切实的可行性和良好的适应性,在深海定位技术发展中拥有广阔的应用前景。     

接收机对卫星控制网精度影响研究

介绍了GPS测量的各种主要误差源及其影响;对精度控制问题,主要接收机精度对小型控制网（基线长10—20km）精度的影响。     

比长基线测量精度估计和不确定度评定分析

比长基线测量是国家野外大长度量值传递的基本方法,对其精度进行适当的评定是比长基线测量后必须进行的工作之一。通过对某条比长基线一次测量成果分别使用两种不同的评定方法进行测量精度计算,并对二者结果比较分析,从误差来源、影响大小等方面论述了两种评定方法的优缺点,提出目前比长基线测量应该采取的精度评定方法。     

我科学家利用新技术测量发现 上海与日美澳逐年接近

甚长基线干涉测量是利用无线电波干涉的原理来测定讯号从讯号源至基线两端的时间差，从而求出讯号源的方位及基线两端的坐标的一种测量方法。讯号源可以是河外类星体，也可以是人造卫星。     

单浮标拖缆监测的水下GPS定位技术

针对目前国内外水下GPS定位技术的应用特点,该文提出了一种基于单浮标拖缆监测的水下GPS定位技术。此技术包含GPS智能浮标、拖缆和监测系统3个主要部分。监测系统采集拖缆的形态数据传送到GPS智能浮标;浮标结合自身GPS坐标计算水下被跟踪目标位置。给出了定位计算的数学方法,即以拖缆监测数据为基础,利用三次样条插值原理求拖缆线型曲线方程,得到水下目标位置。对40m长拖缆实例进行了计算,验证了其理论可行性。此定位技术的主要特点是不受水域范围限制且具备一定的定位精度和可靠性。     

航空测量场景下的中长基线动态定位方法

单基站中长基线动态相对定位受到大气残余误差影响，无法快速固定整周模糊度，定位精度和可靠性不如短基线场景。在航空测量场景下，流动站与基准站之间的基线由短到长变化，利用短基线场景下固定的整周模糊度反算得到高精度的电离层延迟量，并对其进行建模预报。随着基线变长，利用预报的电离层延迟约束中长基线定位模型，实现快速模糊度固定。本文分析了动态长基线情形下的电离层延迟的时变特性，采用滑动窗口进行电离层建模预报，讨论了该方法在航空测量实际作业中的实施条件、定位精度及模糊度固定情况。实测机载数据的解算结果表明，使用该方法，当测量载体出发阶段处于短基线场景下，单基站相对定位结果就可以达到接近100%的模糊度固定率，且定位精度保持在厘米级，显著减小了航空测量任务的作业成本。