基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。

海洋地震勘探中USBL定位数据分析及处理

本文主要讲述在海洋地震勘探中USBL定位数据的分析及处理方法,通过大量的USBL定位数据建模分析,针对分析结论研究处理方法,并将算法细分为各个步骤,逐步演示处理过程,最终将USBL定位数据提取、优选、约束、平差后计算后得到节点位置坐标。使用LBL定位结果与USBL定位结果进行对比验证,通过真实有效的数据来验证其处理流程、算法的实用性、计算结果的可靠性,得出影响USBL定位结果精度的几个重要因素。

水下潜航器的惯导/超短基线/多普勒测速信息融合及容错验证

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题,分析了水声超短基线的相位差定位方法,推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线(INS/USBL)导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/多普勒测速(INS/DVL)滤波器,给出INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波在3种信息融合算法下的应用。通过MATLAB仿真对导航算法进行了验证,结果表明该导航算法能够抑制惯导系统误差随时间发散的问题,能充分利用了3种导航系统提供的参数信息,且状态维数低,滤波收敛速度快,其中基于精度因子信息分配方法的导航系统误差最小。容错性验证结果显示,当超短基线出现故障时,重构后的组合导航系统在较高航速情况下依旧能提供有效的导航参数。所提出的INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波方法能够精确地提供水下潜航器的各位导航参数信息,且具有较高的容错性和稳定性。

海底应答器绝对位置快速校准

提出了一种基于超短基线定位系统的单应答器两点绝对位置快速校准算法,并对其性能进行了详细地分析。与常规的应答器位置校准算法相比,该方法能够更加快速地实现对应答器绝对位置的精确校准。海上试验结果验证了该结论。

超短基线定位系统安装误差校准技术研究

超短基线定位系统由于基阵尺寸小、安装方便,在海洋开发中得到了广泛的应用。高精度超短基线定位系统的安装误差影响不可忽视,需要在使用前进行精确校准,同时在深海使用条件下,声线修正是必需的。提出了一种基于最小二乘的结合声线修正的超短基线定位系统安装误差校准方法,该方法性能稳定、计算量小,湖上和海上试验验证了算法的有效性。

基于超短基线的缆控水下机器人动力定位

动力定位 (DynamicPositioning(DP) )技术是水下机器人的关键技术之一。因此针对当前动力定位主要在缆控水下机器人 (ROV)中应用的情况 ,给出了ROV动力定位技术的实施方法。通过声学定位技术确定ROV的坐标 ,计算出与期望位姿的差 ,将其作为神经网络控制器的输入量来控制ROV ,从而进行动力定位。同时还重点研究了ROV动力定位中的主要研究内容即水声定位技术和定位控制技术的构建。

单应答器导航深海试验

布放于海底的单只应答器能够为安装有超短基线的水下潜器定位导航。介绍了单应答器导航的基本原理,简要分析了各种可能误差源对导航精度的影响。为了验证系统在深海中的工作性能,在中国南海进行了深海试验并给出了结果。

热液硫化物现场调查中超短基线异常定位数据的快速剔除

热液硫化物现场调查所需的船舶动力定位系统给水下定位数据带来较大的噪声干扰,而调查的现场决策与后续研究均对水下定位数据提出更高的要求。针对现有的Posidonia 6000超短基线水下定位系统,快速有效地剔除受干扰的异常定位数据对热液硫化物调查研究具有积极的意义。本文从超短基线解算过程数据(x,y,z三维分量)入手,根据现场作业水深、滑轮偏角,建立异常定位数据的三维剔除模型;根据三维各自的时间系列分布图,采用合理的数据结构与算法,实现对异常定位数据的交互式剔除。本研究成果能快速有效地剔除异常定位数据,为热液硫化物调查的现场决策和各搭载传感器的后续资料研究提供更准确的水下定位数据。

自适应时延估计在蛙人超短基线定位中的应用

蛙人超短基线(Ultra-Short Base Line, USBL)定位设备实现浅水环境下高精度定位的关键技术之一是精确的时延估计。由于自适应时延估计方法具备环境自适应能力强的特点,文章将混合调制的拉格朗日直接时延估计方法应用于蛙人USBL定位时的高精度测向上,它可以在信标信号中心频率已知的情况下将小数时延滤波器调制到信号中心频率处,以较低的阶数提供更高的时延估计精度;并根据USBL阵型和信号自身的特点,对混合调制的拉格朗日直接时延估计在低信噪比下的具体使用模式进行了探讨和仿真验证;结果显示,所采用的自适应时延估计方法可以在中低信噪比下提供1°~3°的定位测向精度。

超短基线纯方位定位的目标搜索航迹规划

超短基线纯方位定位可在缺乏斜距信息的条件下实现对声信标的定位,以实现对丢失声信标的打捞.针对该方法定位误差与测量船航迹有关的问题,探讨了对搜索航迹的规划,以在保证定位精度的条件下提高搜索效率.从两测点纯方位定位模型出发,分析了纯方位定位算法定位误差的空间分布情况,确定了此方法的定位高精度区域.据此分别研究了采用直线航迹与圆弧航迹进行定位的误差特点,将两者的定位性能进行比对后,得出在相同误差条件下圆弧航迹定位精度优于直线航迹的结论,并通过计算机仿真与外场实验进行了验证.最后结合分析结果与两种航迹的大范围搜索效率规划出采用"直线-圆弧"航迹联合搜索定位丢失信标的方案.

基于多处理器的水下潜器定位系统设计

设计了一种对水下潜器实时定位的微处理系统,采用宽带超短基线定位方法,通过在潜器上加装声学传感器来实现对潜器的实时定位。为了实时接收处理声学传感器发出的定位信号,设计了基于多DSP的数字信号处理微系统。该系统采用3片高性能TMS320C6416处理器结合一片FPGA芯片,完成对水下目标的实时数据采集和定位解算功能。试验结果表明:该定位系统对目标的轨迹跟踪误差小于1%斜距误差,具有良好的定位性能。

节点仪器单点布设点位精度控制方法

本文主要讲述基于USBL单点投放节点点位精度控制方法,并通过大量的实验数据和在实际生产项目中的应用进行总结论证,最终应用于国外某地震勘探采集项目。