基于RTK的测量艇实时姿态模型研究及应用

当前,小艇挂载单波束测深系统实施水深测量时,易受风、流、涌浪等复杂因素影响,导致水深测量精度偏低。为了探究船体姿态对水深测量数据精度影响机理,提升单波束水深测量精度,基于RTK实时测定船体三点的高程,结合小艇姿态改正模型,确定小艇实时姿态、航向、换能器动态吃水及升沉,重算深度及位置。通过在珠江口某海域设置不同姿态场景实测数据,计算实时小艇姿态等数据,分析不同船姿态对测深精度的影响规律,重算了水深及位置数据,有效地提高了单波束水深数据精度。     

拖鱼起伏变化对磁力测量数据精度影响分析

由于潮汐、船速等外界因素的影响,拖鱼入水深度不断起伏变化。为了研究观测面的起伏变化对测量数据精度的影响,在某海区进行了一个试验,通过对试验数据分析,得出结论：拖鱼入水深度变化对磁力测量数据精度有较大影响,并且这种影响不能仅仅通过平差方法来消除。从物理机制角度考虑,必须通过空间改正的方法消除拖鱼变化对测量数据精度的影响。     

SC—8型便携式流速仪

１　引言侧扫声呐是近代海底地貌测量的主要设备,是海上资源开发、井位调查、港湾工程、探测暗礁和沉船等作业的最有力的工具。侧扫声呐对海底的探测是通过拖曳在船后的拖鱼向海底发射超声波束来实现的。工作时,拖鱼体上的两侧线阵形成０２°的扇形波束,可以获得垂直于航向的一条高分辨率的海底地貌信息。随着拖体向前运动,就拼接成一幅完整的海底图象。很显然,拖鱼航速测定的准确与否直接影响着侧扫声呐输出图象的质量。有三种方法可测量拖鱼的航速,但它们均有缺陷。ＧＰＳ在计算瞬时速度时会产生较大的漂移;使用计程仪和通过计算…     

填海项目竣工海域使用验收测量的技术方法

通过使用陆域RTK测量和水上侧扫声纳测量综合确定填海海域使用界址线的技术方法,可以获得清晰准确、完整的实际填海区域内、外界址线.详细研究了使用侧扫声纳时的解析精度,结果表明侧扫声纳解析精度主要取决于资料后处理的技术手段,而不是设备性能本身.通过采用了精度更高的数字化处理流程,解决了拖鱼位置精度和目标物位置判定的问题,使陆域RTK测量和水上侧扫声纳测量都能获得优于0.1m的测量精度.文中详细阐述了测量数据综合解析的过程,报告编写的主要内容和重点,并给出了报告的主要目录结构.     

海洋调查中水下目标位置的确定

介绍了海洋调查中测量设备拖曳体(拖鱼)的三种定位方法：舷挂式、LAYBACK方式和超短基线方式;分析了不同定位方法确定水下目标位置的差异,并进行了精度估计。     

海洋磁力仪拖鱼入水深度控制方法

海洋磁力仪拖鱼入水深度试验证明:当拖缆长度达到一定距离以后,拖鱼入水深度不再发生明显变化。在试验的基础上,分析海洋磁力仪拖鱼水中受力情况,综合考虑海水阻力、拖缆长度、航行速度和配重等因素,提出拖鱼入水深度的计算方法。     

多波束测深误差源对测点位置归算影响研究

针对Rob Hare提出的多波束测点位置归算精度估计模型的不足,建立了顾及各项改正数之间相关性的改进模型.在多波束测点位置归算模型的基础上,分析了影响测点位置归算的各项误差来源,推导了各误差源对测点位置归算精度估计的影响量,结合算例,分别利用两种模型计算了各误差源对测点位置归算精度的影响量级,绘制了各误差源的误差曲线图与总位置误差曲线图,通过对计算结果的分析比较,得出了两种模型在评估多波束测点位置归算精度时存在的差异,由于顾及到改正数间的相关性,认为改进模型更加科学合理.     

基于北斗短报文的震源船跟踪系统设计与实现

通过在震源船上部署3套GPS接收机,并对3个点的位置信息进行汇总和压缩,利用北斗短报文将压缩后的位置信息推送到陆海联测指挥部,实现对震源船航速、航向的实时监控.根据3个点位信息计算的实时震源船航向,有助于准确把握震源船在进行固定点悬停激发时的航向,克服了以往使用前后两个时刻推算的平均航向代替实时航向等问题.使用我国自主知识产权的北斗短报文进行通讯,大大提高了系统的安全性、可靠性和稳定性;同时陆海联测指挥部可以实时查看震源船是否按事先设定的测线、事先设定的速度和航向进行作业,有效保障了监控平台对震源船的监控,进一步提升安全生产的风险控制能力.     

侧扫声纳探测的若干问题

根据侧扫声纳换能器的波柬分布特点,论述侧扫声纳拖鱼离海底高度与扫描范围之间的关系,从而掌握了一个简单易行的计算公式;高频与中频侧扫声纳的波束分布特征不同,导致横向分辨率的差异。文中还介绍精确确定拖鱼位置的方法和根据阴影计算海底物体高度的方法。     

基于航位推算/水声定位系统的水下拖体组合导航方法

针对航位推算系统位置误差发散、水声定位系统输出信息波动大的特点,利用基于航位推算/水声定位系统的组合导航方法进行深拖系统导航定位。先利用多普勒速度仪和罗经的输出数据进行航位推算得到拖体位置,然后将此位置与水声定位系统输出的位置进行数据融合,得到连续、平滑的高精度深拖系统导航数据,实现水下拖体的高精度定位。应用此方法对海试实验数据进行了处理,实验结果表明:采用组合方法后,既限制了位置误差的发散,又减小了数据波动幅度,可以得到平滑的高精度位置。     

基于GNSS方位辅助惯性导航系统的水下地形精密测量技术

多波束测深技术是目前水下地形测量的主要技术手段,测量平台的瞬时姿态及方位是影响多波束测深系统最终成果准确度的重要因素。GNSS方位辅助惯性导航系统,作为目前应用较为广泛的方位、姿态、及位置综合测量系统,不仅能够提供高精度位置信息,同时也能提供测量平台的瞬时姿态及方位数据,而且因为具有GNSS方位辅助测量,使得最终方位测量结果比传统方位测量精度大大提高,这对于多波束最终测量成果精度提高具有重要意义。文中从GNSS方位辅助惯性导航系统原理及技术优势出发,结合Trimble RTX后处理技术,从姿态测量、方位测量及辅助高程测量方面分析了在多波束水下地形测量中的应用,并以实际测量成果来展现其在水下地形精密测量技术方面的优势,结果显示,定位精度可以达到优于2 cm级别,方位精度可以优于0.01°(依赖于双GNSS天线之间的基线长度),该技术对水下地形测量准确度提升作用显著。     

Geometrical aspects of a sonar-based navigation system for underwater vehicles

A novel self-contained navigation system has been devised for underwater vehicles operating in and around offshore installations. This system matches data from a sector-scanning sonar device to a computer model of the installation. The paper begins by highlighting the existing approaches to subsea navigation before outlining the main features of the proposed system. It then concentrates on a key component of this system which is a method for calculating the position and heading of an underwater vehicle navigating in the vincinity of tubular steel structures. An iterative solution method is presented which incorporates six degree of freedom vehicle motions and this is verified in a series of laboratory experiments with various arrangements of structural members and using a commercial sonar device. The key features, applications and performance of this method are discussed. The main conclusion is that the proposed method for calculating the position and heading of an underwater vehicle contributes towards achieving an accurate and reliable subsea navigation capability.     

减弱船磁效应对海洋地磁测量精度影响的方法研究

船磁效应一直是影响海洋地磁测量精度的一个重要因素。传统船磁模型只取磁方位角为变量,改正后测线数据存在系统差和船磁影响的起伏变化,给不断累积的地磁数据拼接带来困难。磁正西北和北东方向的测线网受船的感应磁性变化的影响最小,东西向测线之间船磁影响差异最小,而磁南北向测线之间正好相反,据此可从测线布设方案着手减弱船磁效应影响。完备的船磁模型可以兼顾考虑测线航向、地磁总场、磁倾角和拖缆长度的变化,通过不同拖缆长度的主、副测线网交点差平差或三点各两种不同拖缆长度的方位测量,实现地磁异常分离和完备船磁效应的改正。实例说明固定船磁,甚至负的垂直分量,会使船磁效应随纬度出现可观变化,需要完备船磁模型的解算和改正才能解决这个问题。     

多参数帆船运动监测系统研究

本文根据帆船运动操作各部分的实际需要,寻找航向角、帆角、船速之间的定量关系,设计并实现了一套参数帆船运动监测系统。利用多传感器的有效数据融合,实现了相对于现在国内帆船运动数据测量的更高准确度的要求。通过在帆船搭建系统,进行多次出海训练采集有关运动数据,并MATLAB方法进行数据分析,实现了在某一风流条件下,帆角速度变化数据图和航向角速度变化数据图,为更好指导帆船训练比赛提供数据依据。     

Information fusion model-free adaptive control algorithm and unmanned surface vehicle heading control

Based on the model-free adaptive control (MFAC) theory, the heading control problem of unmanned surface vehicles (USVs) with uncertainties is explored. First, as a USV’s heading subsystem does not satisfy the quasilinear assumption of the MFAC theory, a new type of input and output information fusion MFAC, i.e., the IOIF–MFAC algorithm is proposed. The novel algorithm proposed herein renders the MFAC theory applicable to the heading control of USVs. Next, the input and output information of the heading subsystem, namely the rudder angle and heading angle, are combined, and the data model of the heading subsystem is subsequently deduced using a compact format dynamic linearization method. Based on which, the stability of the control system is proved. Finally, the effectiveness and practicability of the IOIF–MFAC algorithm are verified by simulation and field experiments through the “Dolphin IB” test platform developed by our group.     

多波束XTF格式数据航向信息重写入实例

以多波束实际调查数据为例,分析与讨论无航向角的RESON SeaBat 8101et系统XTF格式多波束数据处理问题,提出从Hypack导航软件输出的RAW文本数据中提取电罗经航向与时间数据,经时间匹配与插值处理后重新写进XTF数据文件内.实现时在没有明确的XTF数据格式说明的情况下,通过二进制数据位的系统分析,确定罗...     

基于模糊PID的深海采矿机器人路径跟踪控制

深海采矿作业中,由于海底软泥稀软,采矿机器人极易打滑,以及海底地形、海流等干扰,采矿机器人容易偏离预定路径。针对采矿机器人的海底作业过程中路径跟踪问题,设计并分析了深海采矿机器人的路径跟踪控制系统。首先提出了艏向控制实现采矿机器人路径跟踪的控制算法,通过采矿机器人与当前目标点相对位置计算采矿机器人的目标艏向角,后基于运动学模型建立模糊比例积分微分(PID)的控制方法控制采矿机器人两侧转速差值进而控制采矿机器人艏向,从而使机器人按目标路径行走;同时为了防止输入过大引起打滑,基于动力学模型数值分析了采矿机器人主动轮角加速度与打滑率之间的关系,采取限制主动轮角加速度方式防止采矿机器人过度打滑;最后通过Matlab/Simulink建立系统模型对系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法能够良好地完成采矿机器人的路径跟踪任务。     

珠江口外走航ADCP资料的系统误差订正与质量控制

在对珠江口外2006年冬季航次走航ADCP观测资料处理中发现用Joyce的方法不能有效地订正系统误差,其原因在于订正角与航速、船艏向相关。给出了一个订正角为船艏向余弦的拟合函数,得出良好的订正结果。分析了VmDas软件处理流速结果的精度,给出了系统误差识别的方法。发现观测资料中一些不能为VmDas软件识别的错误数据,分析了海况对观测资料的影响,提出了观测资料质量控制与误差订正的一套程序。     

基于 MODWT航行数据滤波方法变换的海洋重力观测

厄特弗斯效应是动态海洋重力测量的主要误差来源,厄特弗斯改正精度与航速和航向角精度密切相关。本文从最大重叠离散小波变换系数的分布特性入手,利用改进的定量化 Lipschitz 条件来确定观测曲线的正则性,提出了一种海洋重力观测中含噪航行数据的滤波方法,该方法在抑制噪声干扰的同时能够很好地保留测量信号的局部特征。本文提供了两组海洋重力测量中航速和航向角数据的处理结果,充分验证了本文方法的可靠性与有效性。     

Reliability based approach for offloading operation related to motion of two side-by-side moored LNG carriers

A reliability based approach for analysis of offloading operations with two identical LNG carriers moored in a side-by-side configuration is suggested. The approach, although adopted for two tankers, is generally applicable to different types of LNG terminals. Different heading controls are conceivable for the discharging vessel in the case that the heading is not fixed: heading toward wind-sea, heading toward swell, heading toward wind and free weather vaning. The analyses show that heading toward the governing sea state is the most beneficial option for two identical LNG carriers moored in a side-by-side configuration. Strategies are discussed for estimation of limiting weather criteria that are consistent with prescribed target failure probabilities.