一种海底应答器定位方法、系统、存储介质及应用技术方案

本发明专利技术属于水下声学定位技术领域，公开了一种海底应答器定位方法、系统、存储介质及应用，精确测量GNSS天线和换能器之间的相对位置，测量船在海面上持续走航，GNSS对各时刻GNSS天线进行定位，利用GNSS天线和换能器之间的相对位置关系计算得到各时刻换能器坐标；根据声速信息和不同历元下声学信号传播时间数据，计算不同历元下换能器和水下应答器之间的斜距；构建联合海面换能器‑海底应答器整体平差函数模型，对整体平差函数模型进行等效变换消参解算，基于最小二乘原理确定海底应答器准确位置。本发明专利技术结合水下定位实际，构建整体平差函数模型和相应参数估计，提供一种基于GNSS/声学技术的海底应答器高精度定位方法。

【技术实现步骤摘要】
一种海底应答器定位方法、系统、存储介质及应用
本专利技术属于水下声学定位
，尤其涉及一种海底应答器定位方法、系统、存储介质及应用。
技术介绍
水下定位技术在海洋活动中发挥着重要的作用，与陆地上的卫星定位技术不同的是，电磁波无法穿透厚厚的水层，在水中衰减严重。而声波与之相反，它在海水中传播具有良好的特性，这使它作为通信、导航和监测的手段，被广泛地应用于海洋各项活动中。随着卫星通信技术的发展，将卫星定位技术与水下声学定位进行组合定位的方法也成功应用于海洋勘探开发、地质资源调查等海洋活动中。目前，海底应答器定位主要采用海面测量船圆走航方式，利用GNSS高精度定位技术确定测量船上换能器的坐标，根据声学测距进行交会定位，由此精确确定海底应答器的位置，这种海底应答器定位方法在近些年得到了广泛的应用。但这种传统方法基于模型简化考虑忽略了换能器位置误差，进而会限制应答器定位精度，不能满足高精度水下定位需求。针对传统水声定位方法中存在的问题，为了能更好地利用换能器坐标先验信息，改善现有水下定位方法的不足，有必要研究更符合水下定位实际的平差方法。...

【技术保护点】
1.一种海底应答器定位方法，其特征在于，所述海底应答器定位方法包括：/n精确测量GNSS天线和换能器之间的相对位置，测量船在海面上持续走航，GNSS对各时刻GNSS天线进行定位，利用GNSS天线和换能器之间的相对位置关系计算得各时刻换能器坐标；/n根据声速信息和不同历元下声学信号传播时间数据，计算不同历元下换能器和水下应答器之间的斜距；/n构建联合海面换能器-海底应答器整体平差函数模型，对整体平差函数模型进行等效变换消参解算，基于最小二乘原理确定海底应答器准确位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种海底应答器定位方法，其特征在于，所述海底应答器定位方法包括：
精确测量GNSS天线和换能器之间的相对位置，测量船在海面上持续走航，GNSS对各时刻GNSS天线进行定位，利用GNSS天线和换能器之间的相对位置关系计算得各时刻换能器坐标；
根据声速信息和不同历元下声学信号传播时间数据，计算不同历元下换能器和水下应答器之间的斜距；
构建联合海面换能器-海底应答器整体平差函数模型，对整体平差函数模型进行等效变换消参解算，基于最小二乘原理确定海底应答器准确位置。


2.如权利要求1所述的海底应答器定位方法，其特征在于，所述精确测量GNSS天线和换能器之间的相对位置，测量船在海面上持续走航，GNSS对各时刻GNSS天线进行定位，利用GNSS天线和换能器之间的相对位置关系计算得各时刻换能器坐标包括：
(1)在测量船走航前，精确测量GNSS天线和船底换能器之间的相对位置；
(2)测量船在海面持续走航，各时刻GNSS天线由高精度GNSS定位技术给出坐标，根据GNSS天线和换能器之间相对位置关系和姿态数据计算换能器坐标。


3.如权利要求1所述的海底应答器定位方法，其特征在于，所述根据声速信息和不同历元下声学信号传播时间数据，计算不同历元下换能器和水下应答器之间的斜距包括：
(1)根据声速剖面数据，计算加权平均声速；
(2)测量船在海面上持续走航过程中，由船台发射机通过安置于船底的换能器向水下应答器发射声脉冲信号，海底应答器接收该信号后即发回一个应答声脉冲信号，得到应答器接收两次信号的时间间隔，根据传播时间和声速信息，计算出换能器与水下应答器之间的距离。


4.如权利要求1所述的海底应答器定位方法，其特征在于，所述构建联合海面换能器-海底应答器整体平差函数模型，对整体平差函数模型进行等效变换消参解算，基于最小二乘原理确定海底应答器准确位置包括：
(1)将海面换能器-海底应答器坐标设为待求参数，由海面换能器和海底应答器之间的几何距离和测量斜距构建声学测距观测方程；
(2)将海面换能器的先验坐标视为虚拟观测值，构建虚拟观测方程；
(3)对线性化观测方程进行等效变换，消除海面换能器坐标参数；
(4)基于最小二乘原理，对变换后观测方程进行解算，求得海底应答器坐标。


5.如权利要求4所述的海底应答器定位方法，其特征在于，进一步包括：
(1)海面GNSS技术定位换能器坐标，在测量船走航前，精确测量GNSS天线和换能器之间的相对位置，海面测量船持续走航，GNSS对各时刻GNSS天线进行定位，各时刻GNSS天线由高精度GNSS定位技术给出坐标，根据GNSS天线和换能器之间相对位置关系解算换能器坐标；
(2)声学测距实施；
(3)联合海面换能器-海底应答器整体平差方案。


6.如权利要求5所述的海底应答器定位方法，其特征在于，所述声学测距实施方案包括：
第一步，根据声速剖面数据，计算加权平均声速；
第二步，由船台发射机通过安置于船底的换能器向水下应答器发射脉冲信号，应答器接收该信号后即发回一个应答声脉冲信号，船台接收机记录发射信号和接收应答信号的时间间隔，通过传播时间和声速信息即可得到船至应答器的距离：





7.如权利要求4所述的海底应答器定位方法，其特征在于，所述联合海面换能器-海底应答器整体平差方案包括：
第一步，换能器坐标参数引起声学测距方程式发生变化，通过泰勒级数展开法线性化，具体为：



式中，是高精度GNSS定位技术给...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振杰，赵爽，聂志喜，李伟嘉，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37