海洋是人類資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的希望,海洋強國戰(zhàn)略承載著中華民族偉大復興的中國夢,然而我國海洋形勢十分嚴峻,水下自主導航與長期觀測基本上是空白,因此迫切需要對水下定位開展研究。本文是在國家重點研發(fā)計劃“海洋大地測量基準與海洋導航新技術”課題的支撐下,開展了水下聲學定位所涉及到一些關鍵技術問題的研究工作。主要研究和結論如下:1、歸納總結了水下定位技術和聲速改正模型的國內外研究進展,介紹了水聲定位系統(tǒng)和組合定位系統(tǒng),并分析了各種系統(tǒng)的適用條件和優(yōu)缺點。介紹了水下聲學定位的誤差源以及提高精度的方法,系統(tǒng)研究了用于聲速計算的ARGO數(shù)據(jù)和間接測量法需要的聲速經(jīng)驗模型,包括Dell Grosso、Wilson、Leroy、Mackenzie、EM、Medwin等6種。實測數(shù)據(jù)計算表明:Dell Grosso模型計算的聲速值與其他模型的偏差值比較大,不同模型聲速值與溫度、鹽度變化的關系中,除Dell Grosso模型外,其他模型的吻合度較高。介紹了水下長基線定位系統(tǒng)的P2/94原始文件,介紹了數(shù)據(jù)格式和解譯方法,為水下聲學非差和單差定位算法研究提供數(shù)據(jù)基礎。2、介紹了水下長基線定位系統(tǒng)的P2/94原始文件的數(shù)據(jù)格式和解譯方法。研究了水下聲學非差和單差定位模型,在經(jīng)典最小二乘解算的基礎上,將基于IGG方案選權迭代的抗差最小二乘法引入水下聲學定位解算中,給出了基于抗差估計的水下聲學非差和單差定位模型。顧及水下定位的幾何結構與實際情況,提出采用忽略垂直方向,將斜距改為平距進行二維定位的方法,由此提高平面位置精度。3、根據(jù)南海實測數(shù)據(jù)對本文提出的水下定位方法進行了驗證與比較。采取四種方案開展了水下聲學定位實驗:非差三維定位、非差二維定位、單差三維定位、單差二維定位,結果表明:采用將斜距改為平距的二維定位算法可行,且精度有明顯提高,定位結果與三維差分法相當�；贗GG方案的抗差最小二乘法可有效剔除粗差,大大提高了定位精度和可靠性。通過歷元間求單差方法可以有效減弱系統(tǒng)誤差和空間相關性誤差的影響,定位精度優(yōu)于非差法定位。忽略垂直方向采用二維定位方法的平面位置精度優(yōu)于三維定位的平面位置精度。4、研究了水下聲學定位中的聲速跟蹤算法,并提出了利用泰勒級數(shù)展開法代替加權平均聲速法的聲速跟蹤法。計算結果表明:改進的聲線追蹤法較其他方法的精度有明顯提高,可以滿足厘米級精度的定位需求。在此基礎上,提出了基于單差模型的聲速改正算法,仿真算例表明,基于單差法的聲速改正算法,提高了聲速改正的精度和可靠性。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB56
【部分圖文】：

比如衛(wèi)星導航、雷達等。然而，聲波在海水中有很行定位、導航和通信時我們通常采用聲學定位。本章我和定位原理。統(tǒng)位系統(tǒng)系統(tǒng)的換能器之間的距離為幾個厘米，它主要包括四部外部設備。聲標裝在水下探測系統(tǒng)上，聲基陣裝在船舷之間的距離差，結合船上的 GPS 等外部設備，實時計系統(tǒng)之間主要有聲學應答、電信號觸發(fā)以及同步鐘三可連續(xù)跟蹤定位。缺點：只能在淺水區(qū)、作用距離較短短基線定位原理。

cosT xX R ；T ycosT z式中， , ,x y z 是聲射線與聲基線陣的夾角；v 是聲波在水中的傳播速度；, x y 答器到聲基線單元的相位差； 是聲波的波長；R是換能器到應答器的距離； 為基陣單元之間所接收的時間差；1 2b ,b 為基線單元之間的距離，安裝時設定的 , ,T T TX Y Z為應答器位置[32]。由于解算公式中包含了距離比例因子 R /b，測相誤離成比例變化，定位精度會隨著聲線長度的增大顯著降低。所以，超短基線一短距離的定位。.2 短基線定位系統(tǒng)短基線定位系統(tǒng)基線長度在 20-50 米，安裝在母船上或者其他水面載體上。短系統(tǒng)的工作原理與超短基線定位系統(tǒng)工作原理類似，船上換能器發(fā)送信號，水接收信號并反饋，得到多個距離觀測值，并根據(jù)外圍其他設備計算目標點坐標的工作方式是距離測量。

2 2 23 3 3 321( ) ( ) ( )2soundx x y y z z V t 式（2-11），我們可以利用圓曲線定位求出應答器的三維位置我們可以利用最小二乘來進行計算，具體見第四章。定位的優(yōu)點：較高的定位精度、較大的工作區(qū)域；缺點是：存測量、施工效率較低[34]。 GPS 定位系統(tǒng)水下載體的水下收發(fā)機、水下水聲通訊鏈路、水上無線電通訊、陸基或船基數(shù)據(jù)處理與監(jiān)控中心、GPS 陸面基準站、GPS 定位系統(tǒng)[35]。海面大地測量基準是水下定位的測量基線，主要S 浮標和陸面上的基準站。GPS 水下定位系統(tǒng)工作模式主要有式。圖 2.3 是水下 GPS 定位系統(tǒng)。
【參考文獻】

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本文編號：2889525