声速不均匀修正对水声定位系统测距精度的影响

已知动目标水声定位系统的定位误差由测距误差决定。在高精度水声定位系统中测距误差常为0.01m量级。这类系统对于由声速不均匀和声线弯曲引入的斜距误差常采用(全程)平均声速修正,但这种修正仍保留了一定的剩余误差,对此应予认真考虑。为修正声速不均匀和声线弯曲,本文提出采用数值计算二分法解超越方程,按一定精度计算斜距的方法。 实例计算表明,本文的计算方法与程序均正确;要使声速不均匀和声线弯曲计算满足高精度测距要求(小于0.01m),方程根的精度应取为E_p=10~(-4)(°)。对大量不同声速分布斜距的计算表明,当斜距较大时,在进行平均声速修正后保留的剩余误差远大于测距误差。本法可满足高精度定位要求,但有一定的计算量。     

一种改进型声线修正算法在超短基线定位系统上的应用

根据声线分层恒速修正原理和超短基线设备测量的水下温度、深度信息,结合系统海上使用的环境特性,提出一种改进型声线修正新算法进行水下精确测距。该算法通过湖上试验和海上验证,较传统平均声速算法大幅提高测距精度,有效解决了声线在水下复杂环境中曲线传播的难题,提高了超短基线定位系统的水下测距及定位精度。     

长基线水声定位系统中一种迭代声速修正算法

长基线水下目标定位算法主要根据几何原理进行定位,目前常用的解算方法是根据几何原理列出方程组,直接对方程组进行解算得到目标位置的近似解。通过对长基线定位算法方程组的几何分析,选取不同几何交汇点作为目标近似解,比较各目标近似解的定位精度并找到最优解;同时依据解算算法及其几何关系,提出一种迭代声速修正算法,不但提高了同步工作方式下阵内目标点的定位精度,而且算法复杂度低,实现简单。最后,通过仿真分析验证了此算法的有效性。     

一种声速-位置联合估计的水声导航定位方法

长基线水声导航定位方法利用各信标到水下航行器的信号传播时间和等效声速来估计水下航行器的位置,但各信标到水下航行器的等效声速估计存在误差,导致定位误差较大,且随着导航距离的增加,定位误差呈增长趋势。针对这一问题,提出了一种基于粒子滤波的水声导航定位方法,将等效声速和水下航行器的位置作为估计状态参量,通过测量信标信号到水下航行器的传播时间,建立粒子滤波模型对其位置进行估计,准确地估计并跟踪等效声速变化,从而提高定位精度,减小估计误差。仿真结果表明,在水下航行器初始位置未知的情况下,与常规方法相比,文中所提方法的定位精度提高了4倍左右。     

水下目标定位标校系统研究

为了给出水下目标的精确大地坐标,设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统,具有灵活方便的优点。研究了影响系统定位误差的相关因素,并分析了系统综合定位精度,编写了标校系统显控软件,将差分GPS数据和方位姿态数据进行数据处理,解算出水下基准位置坐标。对标校系统进行了陆上验证试验,结果表明作为模拟目标的水下位置基准定位误差小于1m,可为水声定位系统提供海上定位校验的位置标准。     

二次误差修正的DV-Hop优化定位算法

介绍了无线传感器网络中DV-Hop定位算法的原理,分析了其误差产生的主要原因.针对传统DV-Hop算法在定位过程中求出的平均每跳距离值误差较大以及最终定位结果精确度不高的问题,提出了一种改进型DV-Hop定位算法.在改进算法中,信标节点通过计算一次误差修正了平均每跳距离值,通过计算二次误差修正了信标节点定位误差区域,从而使最终计算出的节点坐标更接近于真实值.仿真结果表明,改进算法在无需额外增加硬件开销的前提下,可以有效地提高定位精度.     

一种长基线中野值点判定、剔除及修正方法

为准确获取水下目标的位置和速度信息,需要对长基线定位中的野值点进行剔除和修正。提出了改进残差检测法用于对野值点的剔除和修正,以卡尔曼滤波的残差绝对值作为判别标准,对野值点进行判别和剔除,以调整后的卡尔曼滤波估计值作为野值点的修正值,针对滤波模型与实际运动不匹配导致滤波前后数据偏差较大的问题,选择对正常点的数据不做处理。湖上实验结果表明,对存在野值点的定位轨迹,未剔除野值点的定位均方根误差为55.68 m,使用残差检测法处理后的定位均方根误差为8.11 m,使用改进残差检测法处理后的定位均方根误差为2.04 m。改进残差检测法可以对长基线定位轨迹中的野值点进行判定、剔除和修正,减小定位误差,提升长基线系统定位精度。     

基于改进的强跟踪滤波GPS校频系统误差处理方法

GPS信号校准晶振信号频率源系统可输出高准确度时频信号,但GPS信号在传输和接收过程中会产生随机抖动或野值,给系统频率校准带来误差。为减小GPS信号随机抖动和野值所带来的影响,根据GPS信号与晶振信号准确度互补的特点,建立GPS信号校准晶振信号频差模型,利用强跟踪滤波算法对频差信号误差进行修正。针对GPS信号中存在的野值问题,对强跟踪滤波算法进行改进,根据残差变化率的大小判别野值,利用替代法对野值加以修正,提高滤波准确度。将该方法应用于某GPS信号校准晶振信号频率源系统,可使系统输出频率准确度达到10-11量级。     

改进混合蛙跳算法在无线传感网定位中的应用

提出了一种改进混合蛙跳优化算法,用于改善无线传感网中距离矢量跳段定位算法的精度。首先根据锚节点与未知节点的位置关系利用DV-Hop算法进行初始定位, 然后分析误差来源,将目标定位机制转化为求解非线性总体最小二乘问题。同时合理选择加权因子和适应度函数,并利用带有混沌映射与柯西变异的改进混合蛙跳算法对未知节点坐标进行优化。在实验中,比较了最小二乘法、粒子群算法和改进混合蛙跳算法在定位中的性能。结果显示该智能算法简单可靠,而且有效提高了定位精度。     

高精度定位标定系统水下基准方位误差分析

水下基准(换能器)位置的精确测量是高精度定位标定系统的关键技术,它的方位精度直接影响到水声定位系统定位误差的计量。通过详细分析了水下基准安装柱扰曲形变、GPS定位误差、罗经测向误差、纵倾横摇角测量误差对高精度定位标定系统水下基准位置的影响。通过合理的工程数据假设,提出选用误差小于0.15m的高精度GPS,则水下基准的误差将稍大于0.3m的结论,为工程应用上的误差控制提供了可参考的理论数据。     

一种二分迭代实时声线修正算法

为提高对水下目标的定位精度,提出并实现了一种二分迭代实时声线修正算法。首先通过二分迭代法快速搜索出水下声源所发出的定位声信号传播声线的初始掠射角,然后以该初始掠射角对应的唯一声线为基础,根据斯涅耳(Snell)声线折射定理计算得到声源与水下接收阵元的距离值,最终利用与声线相符的三路测距值进行交汇解算,完成实时声线修正定位。湖上试验结果表明,该算法简单易行、运算速度快,能够满足实时修正处理的要求,在复杂水文条件下提高了水声定位系统的定位精度。该算法具有良好的工程实用性和通用性,可推广应用于同类水声跟踪定位系统。     

一种水下GPS系统及其在蛙人定位导航中的应用

研究了一种适用于蛙人导航的水下GPS系统。针对蛙人执行水下任务所需的高精度导航,提出了一种由主动声纳浮标作为定位基站的GPS定位系统,介绍了该系统基于延时测量的定位原理和求解方法,给出了Kalman滤波器和扩展Kalman滤波器的设计,并通过数值仿真进行了验证,结果表明：为提高定位精度,在定位解算的基础上进行滤波平滑是必要的。     

一种声线修正的查表方法

在利用时延测距的水声定位系统中,由于在海洋中存在声速梯度,声线传播发生弯曲,为了提高定位精度,提出了一种声线修正的查表方法。由射线声学理论可知,声传播距离和时间都是声线初始掠射角的函数,在声源深度、接收深度和声速分布已知的情况下,对每一个初始掠射角,必有唯一一个传播时间和距离与它相对应,根据声线的这一特征,可以用查表法通过声传播时间来确定相应的传播距离。通过建立传播时延与声源与接收机的水平距离的对应关系表,利用声线在水平面的投影水平距离通过圆交汇解算出目标的位置,而不是利用声线弯曲的斜距进行球面交汇解算出目标的位置。仿真和海试结果表明,在复杂水文条件下,该方法能有效提高水声定位精度。     

基于最小方差的声线跟踪自适应分层算法

针对高精度水声定位系统中定位精度与计算量相互矛盾的问题,提出了基于最小方差的声线跟踪自适应分层算法。该算法根据声速在有限范围内规律变化的特点,对声速剖面全局搜索,通过各段声速散点到其拟合直线的总方差表示拟切分段与原始声速剖面的差别,利用最大差别找出最佳切分点,保留原始声速剖面特征,实现对声速剖面的简化。实验结果表明,该算法在保证定位精度的同时能够提高计算效率,具有良好的工程应用价值。     

合成孔径成像中掩埋目标的深度误差分析

在掩埋目标三维成像过程中,沉积层底质的不同与掩埋深度的变化,会使成像结果中目标深度与真实深度出现偏差。针对这一问题,可以利用下视的面阵合成孔径三维成像算法,通过构建水下分层模型与声速剖面模型,对掩埋点目标进行三维成像仿真。通过改变沉积层底质与掩埋深度,从理论分析与仿真结果研究深度误差的变化。研究表明,深度误差随沉积层声速和掩埋深度的增加而不断变大。     

浅海信道有效声速估计及其在水声定位中的应用

提出了基于本征声线视在搜索的浅海信道有效声速估计方法。在给定海面海底及垂直声速分布条件下,该方法能快速准确地估计浅海信道中任意两点的有效声速以及有效声速空间分布物理图像。因该方法采用本征声线视在搜索思想,计算量大为减小,易于实际工程应用。随后探讨了其在长基线水声定位解算中的应用。海试与应用结果表明,该方法可以提高长基线定位系统对浅海信道复杂水文的适应能力。