一种基于超短基线的声信标定位方法

针对在信标工作方式下常规超短基线定位方法因缺乏斜距信息无法对信标进行定位,提出了一种仅用目标方位信息来确定信标位置的方法.通过多次测量得到方位信息,建立了方位信息和目标位置的关系式,利用最小二乘方法获得信标在大地坐标系下的位置.湖试实测数据处理结果表明,在观测次数m较小的情况下得到的结果其定位精度和稳定性虽然不如应答工作方式下的常规超短基线定位方法,但解决了信标工作方式下无法定位的问题.若需提高定位精度,仅要增加观测次数m.     

基于凸优化的水下载体定位研究

基于单信标测距的定位方法,是水声定位技术一个新的研究方向,具有重要应用价值。针对单信标测距定位问题最小二乘结构,对高度非凸的测距定位方程首次提出了基于凸优化的解算方法。对带有误差的测距量测方程添加不等式约束条件,将其改写为有约束的解算方程;对目标函数和约束条件进行放射近似,将其进行凸化处理;引入松弛变量和罚函数,降低对迭代初值的敏感度。仿真结果表明：对于不同量级的初值误差,定位结果的差别在厘米量级,所提算法不需要可靠的初值即能迭代收敛得到高精度的定位结果;信标与圆形航迹的圆心距离越近,定位精度越高。通过湖上试验,进一步验证了所提算法的有效性。     

非线性参数估计在超短基线安装校准中的应用

比较了各种非线性参数估计循环解法在超短基线安装误差校准中的性能,并提出一种改进算法,使用循环算法进行估计,然后使用非线性模型参数估计的一种非循环(直接)解法进行修正.构建了安装校准问题所需的观测方程;分别实现牛顿法和信赖域法、最速下降法、高斯牛顿法和改进的高斯牛顿法、循环求解观测方程等,分析各解法的性能;并与非线性模型参数估计的非循环算法进行了比较,提出循环算法和非循环算法结合的改进算法,给出算法流程,并利用海试数据处理结果验证方法的有效性.     

超短基线声学定位系统安装误差精确校准

超短基线由于其小尺寸和使用方便而被广泛应用于海洋开发中.超短基线在安装时无法保证其声学换能器基阵的方位系统与载体的方位系统完全重合,从而引入了系统的安装误差.对高精度定位而言,该误差是不容忽略的.利用锚于水底的声学应答器地理位置不随洋流及测量载体的变化而变化的特点,借助外接的高精度GPS和姿态传感器的信息用最小二乘的方法对其安装误差进行校准.理论分析和试验结果证明,该方法有效地解决了安装误差问题,海试结果表明经过安装误差校准后系统的定位精度可达到斜距的5‰,满足系统要求.     

强干扰环境下水声时延估计技术研究

水声定位系统是现代深海作业必备的高精度水下定位装备,精确的时延估计是实现高精度水声定位的基础,但由于信号远距离传输以及强干扰的影响,水声定位系统时延估计精度较低。针对此问题该文提出一种基于子空间理论的宽带强干扰抑制方法,首先通过贝叶斯信息量准则估计子空间维度,然后推导了不同信号假设下的概率密度函数,求解未知参数的最大似然估计,构造广义似然比并通过最优匹配广义似然比检测法估计与期望信号最匹配的子空间,然后以此构造空间投影算子对接收数据进行线性投影,最终抑制干扰和噪声,提高时延估计精度。仿真结果表明该方法能够有效抑制干扰和噪声的影响,提高定位系统时延估计精度。     

一种水下体目标高精度长基线定位方法

水下体目标几何尺度大、运动姿态未知等因素,会导致传统长基线定位模型失配。该文针对此问题,通过体目标姿态、位置联合估计,消除模型误差,实现体目标几何中心的归算,得到了一种水下体目标的长基线高精度定位方法。理论分析及数值仿真结果表明,体目标半径大尺度下模型误差不可忽略,在体目标半径5 m,测距精度0.2 m的条件下,较传统长基线定位方法,将垂直定位精度从32 m提升至0.5 m,实现亚米级精度定位。     

强干扰环境下水声时延估计技术研究

水声定位系统是现代深海作业必备的高精度水下定位装备,精确的时延估计是实现高精度水声定位的基础,但由于信号远距离传输以及强干扰的影响,水声定位系统时延估计精度较低.针对此问题该文提出一种基于子空间理论的宽带强干扰抑制方法,首先通过贝叶斯信息量准则估计子空间维度,然后推导了不同信号假设下的概率密度函数,求解未知参数的最大似然估计,构造广义似然比并通过最优匹配广义似然比检测法估计与期望信号最匹配的子空间,然后以此构造空间投影算子对接收数据进行线性投影,最终抑制干扰和噪声,提高时延估计精度.仿真结果表明该方法能够有效抑制干扰和噪声的影响,提高定位系统时延估计精度.     

水声定位系统在海洋工程中的应用

以海洋资源的勘探与开发为主要目的的大洋勘探、海洋开发以及海洋工程中,广泛需要声学定位系统提供水下定位服务。以水声定位技术与系统为关注对象,介绍了水声定位系统的国内外现状、技术发展趋势,以及水声定位系统在海洋油气开发、海底矿石开采、未来海洋空间站以及海底打捞、勘探等作业中的应用需求,并对影响水声定位系统性能的因素进行了分析总结。     

声学多普勒速度仪安装误差校准方法

在安装使用声学多普勒速度仪前,准确估计声学基阵与载体间的安装偏角是影响速度仪输出精度的关键问题,针对该问题,提出了一种任意航迹下的航迹校准法.该方法基于最小二乘算法,通过姿态补偿建立GPS轨迹与速度仪航迹间的观测方程,实现安装误差的精确校准.通过仿真实验分析了航迹偏差、测量设备精度以及横纵摇安装偏角对安装误差校准性能的影响.最后进行了海试试验,并将航迹校准法与平均速度法进行了比较.试验结果表明:在任意航迹下,航迹校准法的校准精度能够达到0.05°,降低了校准试验条件要求;实现单航次校准成功,提高了校准效率.     

USBL定位系统目标模拟软件的设计与实现

超短基线(Ultra Short Baseline,USBL)定位系统是一种用于对水下目标进行定位的多传感器系统,融合了声学换能器基阵、罗经、GPS等,通过对各传感器的观测数据进行综合处理来获取水下目标的大地坐标。为在实验室环境下对USBL定位系统的定位误差进行测试以及检查维护,开发了基于Labwindows平台的目标模拟器软件。该软件能够实现以下功能:(1)读取仿真信号数据文件或外场实验数据文件;(2)将从文件中读取出的数据发送给USBL定位系统的解算单元;(3)将解算单元的定位结果通过显控界面显示。测试结果表明:该软件对各传感器的模拟情况良好,满足实际需求。