海底应答器绝对位置三测点高精度标校方法技术

本发明专利技术提供的是一种海底应答器绝对位置三测点高精度标校方法。（１）利用超短基线与海底应答器的单次问答对应答器定位；（２）根据定位结果和定位误差的空间分布特性选取三个测点，利用超短基线引导在选定点对海底应答器定位；（３）结合三测点坐标，利用三次测得的斜距信息列出定位方程，求解出海底应答器的绝对位置。本发明专利技术能够实现对海底应答器绝对位置的高精度校准，并且该方法仅需要在三测点分别单次测量，避免了测点选择的盲目性，提高了作业效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种水声定位方法，主要涉及海底应答器绝对位置的标校方法。(二)
技术介绍
现有的对海底应答器绝对位置标校方法，主要可以分为两类。 一是利用安装 在水面船上具有定位能力的基阵直接对海底应答器进行标校。该基阵既可以是超 短基线，也可以是短基线。此类方法的优点是作业效率高，仅通过单次测量就可 以得到标校结果。该方法的不足在于标校的精度相对较差，难以满足应答器位置 高精度标校的要求。这是由于基阵尺寸较小的缘故造成的。另一类是在水面多点 测量相对距离信息，构成长基线对海底应答器绝对位置进行标校。该方法的优点 是位置标校的精度高。但是该方法至少需要选择三个测点进行测量，并且其标校 精度与测点位置的选取密切相关。随着水下作业的日益增多，高精度的海底(特别是深海)应答器的绝对位置 标校的需求显得越来越突出。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够实现对海底应答器绝对位置的高精度校准， 能提高了作业效率的。 本专利技术的目的是这样实现的-(1) 利用超短基线与海底应答器的单次问答对应答器定位；(2) 根据定位结果和定位误差的空间分布特性选取三个测点，利用超短基 线引导在选定点对海底应答器定位；(3) 结合三测点坐标，利用三次测得的斜距信息列出定位方程，求解出海 底应答器的绝对位置。本专利技术还可以包括1 、所述的利用超短基线与海底应答器单次问答对应答器进行定位的方法为(1)首先超短基线向应答器发送一个询问信号，应答器对信号进行检测，并发 送一个应答信号；(2)超短基线计算应答信号相对于发送询问信号时刻的时延， 进而求得超短基线声学基阵与应答器之间的距离；(3)超短基线通过计算应答器 的应答信号到达声学基阵各阵元之间的时延差来估计应答器的方位；(4)根据距 离和方位解算出应答器的位置坐标。2、 所述的根据定位结果和定位误差的空间分布特性选取三个测点，并利用 超短基线引导的方法为(1)根据定位结果得到应答器的水深/z，选取基线长度丄=7^ ，测点与应答器之间的水平距离为V^Z，斜距为V^; (2)超短基线与应答器问答，在斜距为#的圆上航行；(3)根据超短基线的方位估计结果选取 构成等边三角形的三个点作为测点。3、 所述的求解海底应答器绝对位置的方法为(1)在所选测点与海底应答 器进行问答，根据信号传播时延求得测点与海底应答器之间的斜距；(2)利用高 精度的GPS信息记录该测点的绝对位置信息；(3)利用球面交汇的方法求解出 海底应答器的精确位置。为实现本专利技术的目的，需要计算三测点定位的空间误差分布特性，这是选取 测点的依据。三测点的阵型是一个等边三角形，称该边长为基线长度。应答器位 置校准精度最高的位置的深度与基线长度有固定的关系。因而通过步骤1获得的 应答器深度和步骤2计算的空间分布特性可以得到基线长度。为实现本专利技术的目的，需要利用超短基线的定位结果对船进行引导，到达正 确的测点对应答器进行测量校准。三测点的位置都是与应答器的相对位置，而超 短基线能够满足此要求。为实现本专利技术的目的，需要获得三测点的位置信息及其与应答器之间的斜距 信息。位置信息可以通过高精度的GPS来测量。而斜距信息与声速和时延均有 关系，除了要保证高精度的时延测量之外。还需要根据声速分布对斜距进行声线 弯曲修正。在深海远距离的情况尤为如此。本专利技术的特点是在借助于超短基线定位的定位能力，根据定位结果得到应答 器的深度信息，并根据三测点定位误差的空间分布特性，选取应答器位置校准精 度最高的三个测点。并通过超短基线的定位能力，将水面船引导至测点，与海底应答器进行问答。根据三测点的测量结果解算出应答器位置信息。该方法能够实 现对海底应答器绝对位置的高精度校准，并且该方法仅需要在三测点分别单次测 量，避免了测点选择的盲目性，提高了作业效率。(四) 附图说明图1是海底应答器绝对位置高精度标校的几何配置示意图。具体实施方式 下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述结合图1，应答器锚1定于海底，带有高精度GPS2的超短基线3安装于舷 侧。超短基线3在水面三测点对应答器1测距，可以求解出应答器的位置。三个 测点的选择是通过超短基线的定位结果实现对船的引导。为实现本专利技术目的，给出海底应答器绝对位置三测点高精度标校的方法。如图l，假设锚定于海底的应答器的位置为X,，带GPS的水面船在海面多点与海 底应答器进行了N次的问答。对应于第i测量点的位置X^所测得的斜距为r',i = l,2,...,N。应答器位置校准方程|XG,-dh (i = l,2,...,N)式中7^ = 3表示测量次数。下面给出测点位置选取的证明。方程组(1)要有唯一解的条件是X2 _ Xl』少2 一力(1)(2)x3 _ x2y广y2即三个测量点不共线。不妨假设三个测量点构成等边三角形，而考虑应答器在不同空间位置时的应丄答器位置校准精度。三个测量点的坐标是T,(-f ,0,0) 、 T2(,,0,0) 、 T3(0，f L，O) 对方程组(1)微分可以求得水平定位误差 ,和深度误差CJh: =^血十办(3)3丄<formula>formula see original document page 7</formula>(4)当测距误差* = &2 = A3时，根据数学知识可知当。=r2 = r3时水平定位误 差c^可取得最小值。此时应答器的水平投影位于构成等边三角形的逆长基线的中心，其坐标为(0,^"丄，;o 。令r, = r2 = r3 = r = / 2 + i ， = &2 = &3 = 6 V 3将此应答器坐标代入式(3)可得<formula>formula see original document page 7</formula> (5)此时深度误差:<formula>formula see original document page 7</formula>(6)定义应答器位置校准的总体定位误差^<formula>formula see original document page 7</formula>(7)将式(5)和(6)代入上式可得<formula>formula see original document page 7</formula>(8)易知当/2 = ^丄时总体定位精度最高。综上，若三测点构成等边三角形，基线长度为L，那么当海底应答器的水平投影是等边三角形的中心，且其深度坐标为= 时，应答器的定位精度最高。换句话说，如果海底应答器已布放完毕，可以通过布放深度/z选择测量点对应答 器进行绝对位置校准可选取基线长度丄=7^/ ，测点阵型是以应答器水平投影为中心的等边三角形。为了获得高精度的应答器绝对位置校准结果，下面给出一种高精度的声线弯 曲修正的方法。在一定海深的条件下，声传播的距离是一个与传播时延有关的函数，该函数由海深及相应的声速分布确定。由下式表示<formula>formula see original document page 8</formula>(9)其中r是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海底应答器绝对位置三测点高精度标校方法，其特征是：　（１）利用超短基线与海底应答器的单次问答对应答器定位；　（２）根据定位结果和定位误差的空间分布特性选取三个测点，利用超短基线引导在选定点对海底应答器定位；　（３）结合 三测点坐标，利用三次测得的斜距信息列出定位方程，求解出海底应答器的绝对位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：兰华林，孙大军，张殿伦，卢逢春，郑翠娥，李想，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]