基于最小二乘法的超短基线水声定位系统校准方法
发布时间：2021-04-14 17:14
超短基线水声定位系统是海洋工程及水下无人系统中应用较广泛的精密仪器设备,为了提高对水下目标的定位精度,在使用前需对其进行校准。描述了一种基于最小二乘法迭代修正的超短基线水声定位系统校准方法,该方法以最小二乘法为基本原理,通过多次迭代修正的方式,修正基阵与GPS天线之间的平移偏差以及基阵与罗经之间的旋转偏差,从而提高系统的测量精度,最终通过湖上试验验证了该方法的有效性。
【文章来源】：数字海洋与水下攻防. 2020,3(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图３所示，在校准时，将声信标固定于水底，??让船绕声信标航行一周，综合处理计算机实时记录??系统的误差方程为??ｄＸ??ｄＹ??
船绕声信标缓慢绕圈航行，航??速保持在２￣?３?ｋｎ范围内，绕圈半径控制在２０?ｍ??左右。在试验船绕圈的过程中，声基阵向声信标??发送声信号，声基阵收到应答信号后将声信号的??往返时间反馈给综合处理计算机，综合处理计算??机再结合声速剖面仪测量的声速数据计算声信标??与声基阵之间的斜距。在声基阵每次发送声信号??时，综合处理计算机同步采集该时刻声基阵的??ＧＰＳ位置及姿态。??最终将试验数据按第２章所描述的方法进行５??次最小二乘法迭代修正。??３．２试验设备介绍??如图４所示，本次试验选用了英国Ｓｏｎａｒｄｙｎｅ??公司研制的Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统，其基阵??内部带有５个声基元，其水声定位处理计算机在系??统校准过程中可实时记录询问、应答信号以及试验??船的轨迹和姿态信息［７］。??水声雠处理计算机．靡鐵＿阵?声鑛??图４?Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｏｕｔ?＋?ＵＳＢＬ?ｓｙｓｔｅｍ??如图５所示，本次试验选用了法国ｉＸＳｅａ公司??研制的Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经。??如图６所示，本次试验选用ＮＡＶＣＯＭ公司的??ＳＦ－３０５０星基差分ＧＰＳ接收机。??图５?Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经??Ｆｉｇ．?５?Ｏｃｔａｎｓ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｍｐａｓｓ??图６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ接收机??Ｆｉｇ．?６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ?Ｒｅｃｅｉｖｅｒ??如图７所示，本次试验所使用的声速剖面仪为??海鹰加科公司的ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪。??图７?ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪??Ｆｉｇ．?７?ＨＹ１２００Ａ?Ｓｏｕｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??３．３试验数据坐标
计算机．靡鐵＿阵?声鑛??图４?Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｏｕｔ?＋?ＵＳＢＬ?ｓｙｓｔｅｍ??如图５所示，本次试验选用了法国ｉＸＳｅａ公司??研制的Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经。??如图６所示，本次试验选用ＮＡＶＣＯＭ公司的??ＳＦ－３０５０星基差分ＧＰＳ接收机。??图５?Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经??Ｆｉｇ．?５?Ｏｃｔａｎｓ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｍｐａｓｓ??图６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ接收机??Ｆｉｇ．?６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ?Ｒｅｃｅｉｖｅｒ??如图７所示，本次试验所使用的声速剖面仪为??海鹰加科公司的ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪。??图７?ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪??Ｆｉｇ．?７?ＨＹ１２００Ａ?Ｓｏｕｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??３．３试验数据坐标转换方法［８］??校准过程中需采集声基阵的ＧＰＳ坐标及艏向、??横滚和俯仰角度，以及系统对声信标单次定位的??ＧＰＳ坐标。使用本方法进行校准时，需将ＷＧＳ８４??格式的ＧＰＳ坐标转换为ＵＴＭ网格坐标，具体转换??方法如下：??假设／为地球扁率，其计算公式为??ｆ?＝?（ａ－ｂ）／ａ?（４３）??式中：为地球赤道半径（长半轴长），计算时取??６?３７８?１３７?ｍ；?６为地球极半径（短半轴长），计算??
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海超短基线定位系统现状及展望[J]. 张同伟,王向鑫,唐嘉陵,秦升杰. 舰船电子工程. 2018(10)
[2]一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用[J]. 范赞. 声学与电子工程. 2015(02)
[3]基于圆概率误差的定位精度评定办法[J]. 张乐,李武周,巨养锋,张红林. 指挥控制与仿真. 2013(01)
[4]超短基线声学定位系统的校准技术研究[J]. 唐秋华,吴永亭,丁继胜,杨龙,刘焱雄. 声学技术. 2006(04)
[5]超短基线声学定位原理及其应用[J]. 冯守珍,吴永亭,唐秋华. 海岸工程. 2002(04)
本文编号：3137702
【文章来源】：数字海洋与水下攻防. 2020,3(05)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图３所示，在校准时，将声信标固定于水底，??让船绕声信标航行一周，综合处理计算机实时记录??系统的误差方程为??ｄＸ??ｄＹ??
船绕声信标缓慢绕圈航行，航??速保持在２￣?３?ｋｎ范围内，绕圈半径控制在２０?ｍ??左右。在试验船绕圈的过程中，声基阵向声信标??发送声信号，声基阵收到应答信号后将声信号的??往返时间反馈给综合处理计算机，综合处理计算??机再结合声速剖面仪测量的声速数据计算声信标??与声基阵之间的斜距。在声基阵每次发送声信号??时，综合处理计算机同步采集该时刻声基阵的??ＧＰＳ位置及姿态。??最终将试验数据按第２章所描述的方法进行５??次最小二乘法迭代修正。??３．２试验设备介绍??如图４所示，本次试验选用了英国Ｓｏｎａｒｄｙｎｅ??公司研制的Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统，其基阵??内部带有５个声基元，其水声定位处理计算机在系??统校准过程中可实时记录询问、应答信号以及试验??船的轨迹和姿态信息［７］。??水声雠处理计算机．靡鐵＿阵?声鑛??图４?Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｏｕｔ?＋?ＵＳＢＬ?ｓｙｓｔｅｍ??如图５所示，本次试验选用了法国ｉＸＳｅａ公司??研制的Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经。??如图６所示，本次试验选用ＮＡＶＣＯＭ公司的??ＳＦ－３０５０星基差分ＧＰＳ接收机。??图５?Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经??Ｆｉｇ．?５?Ｏｃｔａｎｓ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｍｐａｓｓ??图６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ接收机??Ｆｉｇ．?６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ?Ｒｅｃｅｉｖｅｒ??如图７所示，本次试验所使用的声速剖面仪为??海鹰加科公司的ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪。??图７?ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪??Ｆｉｇ．?７?ＨＹ１２００Ａ?Ｓｏｕｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??３．３试验数据坐标
计算机．靡鐵＿阵?声鑛??图４?Ｓｃｏｕｔ＋超短基线水声定位系统??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｏｕｔ?＋?ＵＳＢＬ?ｓｙｓｔｅｍ??如图５所示，本次试验选用了法国ｉＸＳｅａ公司??研制的Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经。??如图６所示，本次试验选用ＮＡＶＣＯＭ公司的??ＳＦ－３０５０星基差分ＧＰＳ接收机。??图５?Ｏｃｔａｎｓ光纤罗经??Ｆｉｇ．?５?Ｏｃｔａｎｓ?ｆｉｂｅｒ?ｃｏｍｐａｓｓ??图６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ接收机??Ｆｉｇ．?６?ＳＦ－３０５０?ＧＰＳ?Ｒｅｃｅｉｖｅｒ??如图７所示，本次试验所使用的声速剖面仪为??海鹰加科公司的ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪。??图７?ＨＹ１２００Ａ型声速剖面仪??Ｆｉｇ．?７?ＨＹ１２００Ａ?Ｓｏｕｎｄ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｐｒｏｆｉｌｅｒ??３．３试验数据坐标转换方法［８］??校准过程中需采集声基阵的ＧＰＳ坐标及艏向、??横滚和俯仰角度，以及系统对声信标单次定位的??ＧＰＳ坐标。使用本方法进行校准时，需将ＷＧＳ８４??格式的ＧＰＳ坐标转换为ＵＴＭ网格坐标，具体转换??方法如下：??假设／为地球扁率，其计算公式为??ｆ?＝?（ａ－ｂ）／ａ?（４３）??式中：为地球赤道半径（长半轴长），计算时取??６?３７８?１３７?ｍ；?６为地球极半径（短半轴长），计算??
【参考文献】：
期刊论文
[1]深海超短基线定位系统现状及展望[J]. 张同伟,王向鑫,唐嘉陵,秦升杰. 舰船电子工程. 2018(10)
[2]一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用[J]. 范赞. 声学与电子工程. 2015(02)
[3]基于圆概率误差的定位精度评定办法[J]. 张乐,李武周,巨养锋,张红林. 指挥控制与仿真. 2013(01)
[4]超短基线声学定位系统的校准技术研究[J]. 唐秋华,吴永亭,丁继胜,杨龙,刘焱雄. 声学技术. 2006(04)
[5]超短基线声学定位原理及其应用[J]. 冯守珍,吴永亭,唐秋华. 海岸工程. 2002(04)
本文编号：3137702
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