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。     

水下目标卫星导航定位修正技术研究

提出了一种基于小型拖曳浮体进行水下目标卫星导航的原理模型,给出了模型的基本体系架构。为了从水面导航定位结果推算水下目标高精度位置信息,推导了两种定位修正算法,并基于数据融合技术提高了水下目标卫星定位修正的精度。试验结果表明,采用该技术可以较好地满足水下导航的精度要求。     

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。     

基于无人船技术的水下探测应用研究

针对传统测量方法快速准确获取水下地形困难的问题,本文采用无人船与RTK相结合的方法,能够精确地获取水下的地形信息.利用无人船搭载的测深传感器获取水下地形信息,同时辅以高精度RTK提供位置信息,利用无线通信技术将获取的信息传输到岸基控制电脑,可以实时观察到水下地下地形情况.经过验证,此种方法可以快速准确地获取水下地形信息...     

提高水下地形测量GPS定位精度的探讨

在近海、湖泊等水下地形的测量中，GPS与测深仪联用越来越广泛，GPS在水下地形测量中的定位精度受到诸多因素的影响，如GPS的安装、采集数据的后处理等。本文从安装方式、采集数据的可靠性分析和由各种原因引起的实时偏差修正等若干方面进行了研究探索。     

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.     

海洋工程测量中海底电缆的磁探测法

建立了海底电缆的磁场模型,仿真计算了海底电缆产生的磁异常空间分布特性,讨论了海底电缆的磁探测和识别方法。仿真计算与实测磁异常曲线的一致性验证了海底电缆磁场模型的正确性。实验表明,采取合理的探测方法,可以对海底电缆进行探测和识别。     

水下声纳定位浮标阵列解析优化

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）/声纳水下定位精度主要取决于GNSS浮标阵列构型和声学测距精度。优化水面浮标阵列是提高水下定位精度的重要途径。探讨了GNSS浮标阵列解析优化方法,算例以5枚和6枚浮标布设为例,应用所提方法给出了最优浮标阵列解。基于几何精度因子（geometric dilution of precision,GDOP）最小构型解析方法,通过考虑水下定位GNSS浮标位于水面和存在高度角限制这一约束条件,对水下定位浮标阵列进行了解析优化。由于浮标进行水下定位时是范围性的,还基于区域GDOP均值和方差两个指标对GNSS浮标阵优化问题进行了探讨,并采用数值方法设计了区域GDOP均值最小构型搜索算法。研究表明,虽然存在高度角约束条件,最优浮标阵列几何结构并不唯一,若在此基础上进一步考虑区域GDOP均值和方差最小的目标,则最终可获得唯一的区域均值浮标阵列结构。     

GyroUSBL在深海水下定位中的应用

以GyroUSBL系统为例,分析讨论了GyroUSBL系统的工作原理、精度估计、应用范围等内容,介绍了GyroUSBL在深海铺管工程中的实际应用,并对使用过程中影响定位性能的主要因素进行简单分析。     

基于ORB-SLAM2算法的水下机器人实时定位研究

随着近几年视觉SLAM的快速发展,为机器人、无人机、汽车等导航定位提供了更多选择。针对当前水下机器人定位技术存在的系统复杂、操作难度大等问题,本文提出了一种基于ORB-SLAM2算法的水下定位方案。利用单目相机作为传感器,构建了单目视觉SLAM水下机器人定位模型,完成像素坐标系到世界坐标系的转换,介绍了ORB-SLAM2算法定位涉及的关键技术。通过水下理想环境试验,对ORB-SLAM2算法在水下定位性能进行了综合评价,通过海洋环境试验证明ORB-SLAM2算法可以有效对水下机器人进行实时定位。     

由主厂房建立建筑坐标系统方法的研究

本文对由主厂房建立建筑坐标系统方法进行归纳总结，对应用中应引起重视的技术问题进行了深入研究，并给出了解决方案，这对提高精度和防止出错是非常重要的。同时指出极坐标方法二中的计算错误所在及其本质，应停止使用。