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圆走航模式下海底控制点对称差分定位模型及分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1155-1165页

作者：马越原曾安敏许扬胤北京跟踪与通信技术研究所北京100094 智慧地球实验室北京100094 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 西安测绘研究所陕西西安710054

削弱声学定位过程中系统误差对海底控制点位坐标精度的影响是建设高精度海底控制网过程中亟待解决的关键问题。首先,分析了非差和历元间差分两种定位模型;其次,由于声速在海水中的变化受长周期误差和短周期误差的影响,声速变化引起的系... 详细信息

削弱声学定位过程中系统误差对海底控制点位坐标精度的影响是建设高精度海底控制网过程中亟待解决的关键问题。首先,分析了非差和历元间差分两种定位模型;其次,由于声速在海水中的变化受长周期误差和短周期误差的影响,声速变化引起的系统误差同样可认为具有周期性变化的特征,因此,构建了对称差分定位函数模型。模拟仿真和实测数据分析结果表明,当观测时长为系统误差变化周期的偶数倍时,对称差分定位模型可以有效削弱系统误差对定位结果的影响,但是当观测时长不足系统误差变化周期的偶数倍时,该模型将不再适用。

关键词：声学定位海底控制点系统误差圆走航对称差分定位模型

海底控制点水声定位测距误差的近似数学表达式

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中国惯性技术学报 2023年第1期31卷 40-44页

作者：孙文舟曾安敏乔正明赵翔地理信息工程国家重点实验室西安710054 国家海洋技术中心漳州基地筹建办公室厦门361007

针对水声定位声线跟踪法计算换能器到应答器斜距值测距误差规律难以把握的问题,研究了测距误差的近似数学表达式。首先分析了控制点定位声速不确定性引起的测距误差机理;其次基于声速剖面和传播时间的线性理论(ST定理)推导了测距误差的... 详细信息

针对水声定位声线跟踪法计算换能器到应答器斜距值测距误差规律难以把握的问题,研究了测距误差的近似数学表达式。首先分析了控制点定位声速不确定性引起的测距误差机理;其次基于声速剖面和传播时间的线性理论(ST定理)推导了测距误差的近似数学表达式,并分析了使用harmonic平均声速代替有效声速对测距误差数学表达式结果的影响。仿真试验结果表明,该数学表达式对测距误差估值的绝对误差随斜距值(或初始入射角)的增大而增大,在水深为3000 m,初始入射角在80°以内时,估值的绝对误差在1 cm以内,当初始入射角达到86°左右时,估值的绝对误差约7 cm,为水下静态目标定位以及水下载体动态导航定位中的声速误差修正问题提供了新的解决思路。

关键词：海底控制点水声定位声线跟踪 ST定理有效声速

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海底控制点高精度声学定位关键技术研究

海底控制点高精度声学定位关键技术研究

作者：王子蘅中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

高精度的海底控制点是构建海洋大地基准、提供海洋位置服务的基础和保障,而高精度的水下声学定位技术是建立海底控制点的前提和关键。但由于海洋环境的复杂性,海底控制点的定位精度较差,无法满足实际海洋应用的需求。因此围绕声速误差... 详细信息

高精度的海底控制点是构建海洋大地基准、提供海洋位置服务的基础和保障,而高精度的水下声学定位技术是建立海底控制点的前提和关键。但由于海洋环境的复杂性,海底控制点的定位精度较差,无法满足实际海洋应用的需求。因此围绕声速误差改正、粗差探测和系统误差处理,本文开展了以下几个方面的研究:1.发展了声速剖面重构中所用实测数据的深度选取方法。针对经验正交函数重构声速剖面所需实测数据的深度选取不明确的问题,以经验正交函数方差贡献率为准则,基于区域历史声速剖面资料,选取特征声速值及其深度,进而重构全海深声速剖面。实验结果表明重构的声速剖面精度较高,能满足测深限差要求,证明了该方法的可行性。2.研究了海底控制点定位抗差估计方法。针对观测数据中不可避免的粗差问题,将选权迭代应用于海底控制点定位中,采用IGG-III方案进行等价权函数的构造,研究了高精度海底控制点的定位方法。仿真算例证明该方法能够有效抵抗粗差对定位精度的影响,具有良好的稳定性和可靠性。3.研究了一种基于Sage-Husa自适应滤波的海底控制点参数估计方法。顾及声学观测数据中系统误差的影响,将系统误差作为随机游走参数,利用Sage-Husa自适应滤波将其与位置参数一同进行移动开窗估计,实现海底控制点的高精度定位。仿真算例和实测数据表明该方法能有效减弱系统误差影响,进一步改善定位精度。

关键词：海底控制点水下声学定位声速剖面经验正交函数抗差估计 Sage-Husa自适应滤波

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一种改进的海底控制点非差定位函数模型

海洋技术学报 2020年第6期39卷 65-71页

作者：马越原曾安敏许扬胤信息工程大学河南郑州450001 西安测绘研究所陕西西安710054

海底大地测量控制点的定位精度受复杂的海洋环境的影响,因此构建合适的、符合实际情况的函数模型显得尤为重要。本文首先提出了传统的海底控制点声学定位的函数模型,详细介绍了该定位模型的计算流程,并分析了其弊端。在传统的单程模型... 详细信息

海底大地测量控制点的定位精度受复杂的海洋环境的影响,因此构建合适的、符合实际情况的函数模型显得尤为重要。本文首先提出了传统的海底控制点声学定位的函数模型,详细介绍了该定位模型的计算流程,并分析了其弊端。在传统的单程模型基础上,文中提出了改进的定位函数模型,双程模型。针对不同走航航迹的情况,利用最小二乘解算和抗差最小二乘解算对不同函数模型进行了定位解算。结果显示,改进的水下非差定位模型能有效改正由于声信号传播过程中测量船继续行进而产生的时延测距误差,提高了海底控制点的定位精度;抗差最小二乘解算可以有效克服粗差对定位精度带来的影响;在线性走航情况下,更能有效消除测距误差对水平分量的影响,水平分量的精度可达毫米级;高程分量精度稍显逊色,精度为厘米级。

关键词：海底控制点声学定位函数模型非差定位抗差最小二乘

海底控制点定位初始入射角迭代计算方法的比较研究

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武汉大学学报（信息科学版） 2020年第10期45卷 1588-1593页

作者：孙文舟殷晓冬曾安敏刘强国家海洋技术中心漳州基地筹建办公室福建厦门361007 海军大连舰艇学院海洋测绘系辽宁大连116018 地理信息工程国家重点实验室陕西西安710054 91937部队浙江舟山316000

针对传统方法迭代计算初始入射角存在测距误差随入射角增加而发散和大入射角条件下迭代不收敛的问题,提出了一种利用牛顿法迭代计算初始入射角的方法。首先介绍了传统算法的原理和步骤;其次根据传播时间和初始入射角的函数关系建立了迭... 详细信息

针对传统方法迭代计算初始入射角存在测距误差随入射角增加而发散和大入射角条件下迭代不收敛的问题,提出了一种利用牛顿法迭代计算初始入射角的方法。首先介绍了传统算法的原理和步骤;其次根据传播时间和初始入射角的函数关系建立了迭代方程;最后通过深海和浅海两组仿真实验对两种方法的优劣进行了对比分析。结果表明,当初始入射角小于78°时,传统方法的计算效率高于所提方法;除此之外,当初始入射角大于60°时,传统方法计算的测距误差开始发散,而且在浅海仿真实验中,当初始入射角大于85°时,传统方法还出现了迭代不收敛的问题,而所提方法在任何角度下均可收敛于真值。

关键词：海底控制点牛顿法声线跟踪法初始入射角测距误差

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附加速度与基线长约束的海上基线网平差

导航定位学报 2024年第2期12卷 62-69页

作者：李忱汉甄杰薛树强杨文东张华宇中国测绘科学研究院北京100830 辽宁工程技术大学辽宁阜新123032

为削弱全球卫星导航系统(GNSS)测量误差对海底控制点测量的影响,对GNSS基线解算后的数据进行后处理,并根据海上作业环境提出一种基于速度和基线长等先验信息的约束卡尔曼滤波(KF)方法:充分利用海上多天线的观测模式,将接收机间的速度与... 详细信息

为削弱全球卫星导航系统(GNSS)测量误差对海底控制点测量的影响,对GNSS基线解算后的数据进行后处理,并根据海上作业环境提出一种基于速度和基线长等先验信息的约束卡尔曼滤波(KF)方法:充分利用海上多天线的观测模式,将接收机间的速度与距离关系作为约束引入到模型当中,以提高状态估计的精度;然后对GNSS差分定位中基线解算之后的数据进行网平差;最后与最小二乘法和传统卡尔曼滤波进行比较。实验结果证明,与前2种方法相比,提出方法的观测噪声平滑能力更为突出,所选3条基线的基线长偏差的标准差和均方根较RTKLIB软件动态基线解算后的数据分别下降了27%、48%和67%以上;由于水声换能器的三维坐标由GNSS天线坐标转化而来,所以网平差后的GNSS坐标能够提供更加精确的水声换能器坐标,进而提高海底控制点的量测精度。

关键词：海底控制点全球卫星导航系统(GNSS)测量误差速度约束基线长约束卡尔曼滤波

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顾及表层声速和坐标先验信息的海底控制点定位方法

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海洋科学进展 2021年第4期39卷 601-607页

作者：李治远吴永亭胡俊豆虎林自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061

基于圆走航法,针对传统海底控制网点定位方法依赖于频繁实测声速剖面精确确定控制点绝对坐标的事实,提出了一种顾及表层声速和平面坐标先验信息的海底控制点三维坐标精密定位方法。将压力传感器测得的水深值视为新的观测量,并将该水深... 详细信息

基于圆走航法,针对传统海底控制网点定位方法依赖于频繁实测声速剖面精确确定控制点绝对坐标的事实,提出了一种顾及表层声速和平面坐标先验信息的海底控制点三维坐标精密定位方法。将压力传感器测得的水深值视为新的观测量,并将该水深值的先验方差根据经验值给定为水深观测值的0.1%,采用广义最小二乘原理进行解算海底待求控制点的三维坐标。模拟50 m和1500 m水深定位实验,与使用声速剖面的三维约束平差方法进行了对比,二者达到了同等精度的定位结果。结果表明,在海底控制点定位过程中,不使用声速剖面的条件下,仅顾及表层声速和平面坐标先验信息,同样能够取得较高精度的定位结果。

关键词：海底控制点圆走航法坐标先验信息表层声速

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基于船固坐标系的海底控制点定位方法研究

勘察科学技术 2014年第6期 13-16页

作者：汪超飞李向新汪奇生昆明理工大学国土与资源工程学院昆明市650093

海底控制点对于确定海面或水体中运动目标的位置起着重要的作用。该文提出了一种新的海底控制点定位方法。通过构建瞬时船固坐标系,结合海面星站差分GPS定位技术与水下声学定位技术,通过坐标转换,实现海底控制点的测定和位置计算。该测... 详细信息

海底控制点对于确定海面或水体中运动目标的位置起着重要的作用。该文提出了一种新的海底控制点定位方法。通过构建瞬时船固坐标系,结合海面星站差分GPS定位技术与水下声学定位技术,通过坐标转换,实现海底控制点的测定和位置计算。该测定方案能够有效消除传统作业模式中船只动态摇摆和涌浪等因素对定位的影响,在现有的技术条件下对海底控制点进行测量定位可达到较高的测量可信度。

关键词：星站差分海底控制点水声定位船固坐标系坐标转换

GNSS-A直线测量模式及航迹组合优化分析

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地球物理学报 2022年第10期65卷 3797-3808页

作者：马越原杨元喜曾安敏北京跟踪与通信技术研究所北京100094 信息工程大学郑州450001 地理信息工程国家重点实验室西安710054 西安测绘研究所西安710054

海底控制点的GNSS-A定位精度受到测量船相对于海底控制点的航迹影响,本文针对圆形测量模式垂向几何结构较弱的问题,给出了一种新的基于嵌套圆的直线测量模式的分析方法,研究了直线测量模式的参数可估性,并给出了直线测量模式得到唯一解... 详细信息

海底控制点的GNSS-A定位精度受到测量船相对于海底控制点的航迹影响,本文针对圆形测量模式垂向几何结构较弱的问题,给出了一种新的基于嵌套圆的直线测量模式的分析方法,研究了直线测量模式的参数可估性,并给出了直线测量模式得到唯一解的条件.同时,详细分析了圆形测量模式下要增加十字航迹的原因,推导出圆加十字测量模式下获得海底控制点最优三维点位精度的走航半径约为1.15倍水深.理论分析表明,在圆形测量模式下增加直线航迹能够有效增强其几何结构,提升定位效能.此外,针对是否存在唯一的最优航迹进行了思考,并给出了相应的见解.最后,利用深海实测数据验证了理论推导的结果,圆加十字测量模式较圆形测量模式对海底控制点定位的精度提升可达1.4 cm.

关键词： GNSS-A 航迹优化直线测量模式海底控制点定位模型

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