海洋是人類資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的希望,海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略承載著中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng),然而我國(guó)海洋形勢(shì)十分嚴(yán)峻,水下自主導(dǎo)航與長(zhǎng)期觀測(cè)基本上是空白,因此迫切需要對(duì)水下定位開(kāi)展研究。本文是在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)與海洋導(dǎo)航新技術(shù)”課題的支撐下,開(kāi)展了水下聲學(xué)定位所涉及到一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究工作。主要研究和結(jié)論如下:1、歸納總結(jié)了水下定位技術(shù)和聲速改正模型的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)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(diǎn)。介紹了水下聲學(xué)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(jì)算的ARGO數(shù)據(jù)和間接測(cè)量法需要的聲速經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?包括Dell Grosso、Wilson、Leroy、Mackenzie、EM、Medwin等6種。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算表明:Dell Grosso模型計(jì)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(guān)系中,除Dell Grosso模型外,其他模型的吻合度較高。介紹了水下長(zhǎng)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(xué)非差和單差定位算法研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2、介紹了水下長(zhǎng)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(xué)非差和單差定位模型,在經(jīng)典最小二乘解算的基礎(chǔ)上,將基于IGG方案選權(quán)迭代的抗差最小二乘法引入水下聲學(xué)定位解算中,給出了基于抗差估計(jì)的水下聲學(xué)非差和單差定位模型。顧及水下定位的幾何結(jié)構(gòu)與實(shí)際情況,提出采用忽略垂直方向,將斜距改為平距進(jìn)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文提出的水下定位方法進(jìn)行了驗(yàn)證與比較。采取四種方案開(kāi)展了水下聲學(xué)定位實(shí)驗(yàn):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(jié)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(jié)果與三維差分法相當(dāng)�；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(guò)歷元間求單差方法可以有效減弱系統(tǒng)誤差和空間相關(guān)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(xué)定位中的聲速跟蹤算法,并提出了利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)法代替加權(quán)平均聲速法的聲速跟蹤法。計(jì)算結(jié)果表明:改進(jìn)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(jí)精度的定位需求。在此基礎(chǔ)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(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB56
【部分圖文】：

比如衛(wèi)星導(dǎo)航、雷達(dá)等。然而，聲波在海水中有很行定位、導(dǎo)航和通信時(shí)我們通常采用聲學(xué)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(gè)厘米，它主要包括四部外部設(shè)備。聲標(biāo)裝在水下探測(cè)系統(tǒng)上，聲基陣裝在船舷之間的距離差，結(jié)合船上的 GPS 等外部設(shè)備，實(shí)時(shí)計(jì)系統(tǒng)之間主要有聲學(xué)應(yīng)答、電信號(hào)觸發(fā)以及同步鐘三可連續(xù)跟蹤定位。缺點(diǎn)：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(zhǎng)；R是換能器到應(yīng)答器的距離； 為基陣單元之間所接收的時(shí)間差；1 2b ,b 為基線單元之間的距離，安裝時(shí)設(shè)定的 , ,T T TX Y Z為應(yīng)答器位置[32]。由于解算公式中包含了距離比例因子 R /b，測(cè)相誤離成比例變化，定位精度會(huì)隨著聲線長(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)，水接收信號(hào)并反饋，得到多個(gè)距離觀測(cè)值，并根據(jù)外圍其他設(shè)備計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)的工作方式是距離測(cè)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(yīng)答器的三維位置我們可以利用最小二乘來(lái)進(jìn)行計(jì)算，具體見(jiàn)第四章。定位的優(yōu)點(diǎn)：較高的定位精度、較大的工作區(qū)域；缺點(diǎn)是：存測(cè)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(jī)、水下水聲通訊鏈路、水上無(wú)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(zhǔn)站、GPS 定位系統(tǒng)[35]。海面大地測(cè)量基準(zhǔn)是水下定位的測(cè)量基線，主要S 浮標(biāo)和陸面上的基準(zhǔn)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(xiàn)】

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本文編號(hào)：2889525