顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法

海水声速的时空变化会使声波沿传播方向发生折射,有效消除声波的折射效应对提高水下声学定位精度至关重要。在声速剖面已知的情况下,声线跟踪是削弱折射效应的有效方法。但现有的声线跟踪方法要求波束入射角为已知,而基于距离交会原理的水下声学定位系统通常未对波束入射角进行直接观测。针对上述问题,提出了顾及波束入射角的常梯度声线跟踪水下定位算法,采用搜索法确定波束入射角,通过对声线跟踪与定位解算的迭代计算,实现波束入射角和目标坐标的渐次修正。为进一步提高计算效率,提出了迭代求解超越方程的解算法。试验结果表明,本文方法有效利用声速剖面消除了声线折射效应的影响,且解算法计算效率优于搜索法。     

GNSS精密控制网在特大型桥梁施工监测中的应用——以虎门二桥为例

以虎门二桥为例,介绍了全球卫星导航系统(GNSS)精密定位技术在特大型桥梁中的具体应用,在基线解算时,通过提高概略坐标精度、选择合适的解算策略、合理的约束条件等提高控制网解算精度,使得控制网成果的各项精度指标满足要求．对虎门二桥8期测量成果的统计,进一步验证了控制网的测量精度,通过对部分点位坐标较差的计算,统计了点位的具[JP2]体变动情况,采用单点检验法评定了控制点的稳定性,为其他类似跨海工程控制网提供了参考.      

一种等效声速梯度的迭代计算方法

等效声速剖面法将实际复杂的声速剖面用一个简单的声速剖面等效替代,在声线跟踪时可以提高计算效率。但在多波束测深系统归位计算中,由于地形的起伏,对每ping各个波束使用单一的等效声速剖面会影响计算精度。通过仿真实验分析了地形起伏对等效声速剖面法计算精度的影响,提出了一种等效声速迭代算法,通过实验发现,相比于常梯度声线跟踪算法,迭代算法可达到同等精度水平,并有更高的计算效率。     

GNSS船姿测量方法及对多波束测深精度的影响分析

GNSS船姿测量以其观测误差不随时间累积的特点得到了广泛研究和应用,本文基于三天线GNSS船姿测量方式,构建了波束脚印误差与姿态误差间的关系模型,设计仿真实验分析了基线长度对姿态误差的影响,以及不同水深环境下姿态误差与GNSS定位误差的关系。为突破传统RTK在测量距离上的限制,本文采用PPP、PPK、MBD (动态参考站差分)三种方法进行GNSS船姿计算,并通过海上实验与高精度惯性导航系统进行对比分析,结果表明使用MBD测姿结果要优于PPK和PPP模式,得到的航偏角、横摇角、纵摇角标准差均在0.1°左右,可满足通常情况下多波束测深对姿态精度的要求。     

测船非匀速直线测量引起的多波束测深误差分析

多波束测深系统作业的基本前提是测船保持匀速直线运动状态,而实际作业中非匀速运动状态下的多波束测量普遍存在,此时常用的基于加速度测量原理的测姿设备会受到影响。为此,在多波束测姿误差分析的基础上,针对直线加速、U型转弯两种情况下的测姿误差进行研究,通过INS测姿与GNSS三天线测姿的数据比较,对非匀速直线运动状态下姿态误差的影响特点及程度进行了分析。实验证明当测船做直线加速运动时,会使纵摇角产生较大误差;当测船转弯时,会使横摇角产生较大误差,这对指导多波束实际测量具有一定的参考价值。     

抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用

基于测距定向原理的超短基线定位系统具有集成度高、操作简便的优势,但在缺少多余观测量的动态定位环境下,受外围传感器的可靠性和水声信号的传播特性的影响,超短基线定位结果中经常出现超出定位精度要求的粗差。为抑制粗差对定位精度的影响,本文提出了采用抗差卡尔曼滤波处理超短基线水下定位数据中的粗差,重点对比分析了目前国际上经典的Huber、IGG1、IGG3等价权函数的抗差滤波效果。利用Sonardyne Ranger 2超短基线采集的数据进行实验分析,实验结果表明,经典卡尔曼滤波受粗差影响严重,采用IGG系列权函数的抗差卡尔曼滤波方法可以有效降低粗差影响。     

顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法

海水声速变化引起的声波折射效应是影响海洋大地基准定位精度的关键因素之一,声线跟踪是已知准确声速剖面情况下消除折射效应的有效方法.然而现有的水声测距定位解算广泛基于收发同置假设,即认为声波的往返路径和测量载体的位置在较短的观测时延内不会发生变化,导致海洋大地基准的深海定位结果引入较大误差.针对上述问题,提出了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法,基于往返时延差最小原则结合常梯度声线跟踪搜索得到目标最优坐标,进一步提出了基于声线距离分配往返时延的牛顿迭代解算法以提高计算效率,最后通过深海试验证明了顾及收发分置影响的海洋大地基准声线跟踪定位方法的有效性.

     

基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明：在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。     

联合重力异常和重力垂直梯度异常数据反演皇帝山海域海底地形

海底地形对开展海洋科学调查和研究十分重要。以多波束为主的回声测深技术测量成本高且效率低,几十年来仅实现了全球约20%的海床测绘。对于空白区（特别是深海区域）,可以借助重力异常和重力垂直梯度异常进行回归分析反演得到,但该方法得到的比例因子鲁棒性不强。为了解决这一问题,同时考虑到两种重力数据在表征海底地形长短波长的不同优势,本文结合滑动窗口赋权和稳健回归分析来反演海底地形。在太平洋皇帝山海域（35°～45°N,165°～175°E）的实验结果表明：在船测检核点处,本文构建模型的标准差为61.02 m,相比于单一重力数据反演模型,精度分别提高了14.92%（重力异常）和2.08%（重力垂直梯度异常）,能较好地反映皇帝海山链的地形走势。     

一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法

针对在海洋水深测量或海底地形测量中,部分距岸较远测量区域的水位改正问题,提出一种基于GNSS测高的近海单站水位改正方法,通过对船载GNSS测高数据进行波浪滤波及吃水改正,计算得到反映水位变化的大地高,然后采用最小二乘拟合法,计算测区大地高水位与单验潮站水位的基准面偏差,统一GNSS大地高水位与岸边验潮站基准,从而对测区水深数据进行水位改正。实验表明,该方法可达到厘米级的水位改正精度,满足相关测量规范要求,具有一定的应用价值。