考虑声线弯曲和深度约束的海洋大地基准网定位仿真分析

为了优化海洋大地基准网性能,本文研究了附加深度约束的海洋大地基准网定位方法及其观测模型设计矩阵解法,在此基础上考虑声传播路径弯曲,仿真分析了综合声学浮标、潜标和海底基站的海洋大地基准网定位性能。结果表明,潜标深度和基站间距均影响基准网的有效测站个数分布,且基站间距影响基准网的信号覆盖范围,适当扩大基站间距和增加潜标深度可有效提高基准网定位精度。相关结果可为海洋大地基准网的建设及应用提供参考。

顾及声线弯曲的横摇偏差迭代算法

横摇偏差校准是多波束水深测量测前准备的一项重要内容。针对传统多波束横摇偏差校准操作复杂且存在主观因素问题,同时考虑到横摇偏差引起海底地形失真的非线性变化,提出了顾及声线弯曲的横摇偏差自动迭代算法。该算法以平坦海底为假设,基于常梯度声线跟踪模型和最小二乘原理,对多Ping数据进行迭代拟合,最后取其平均值作为横摇偏差。仿真分析结果表明,迭代算法能逐步调整横摇偏差引起的海底地形非线性失真,提高横摇偏差计算值的准确性。

顾及声线弯曲的浅海多目标水声定位算法

本文简要介绍了浅海石油勘探中声学二次定位的原理,分析了大入射角情况下浅海声线弯曲误差对声学定位的影响。针对声速测量不准和大入射角观测的问题,提出了顾及声线弯曲的多目标序贯解算方法;根据多目标观测的原理和声线弯曲结构短期内的稳定性,设计了基于序贯最小二乘的参数估计方法;该方法按入射角设置阈值,构建新的声线弯曲模型,并利用模型和参数分段解算声线弯曲误差的改正数。采用仿真实验和南海实测试验对新算法进行验证,结果表明:新方法在声速测量不准且大入射角观测数据占比例较大情况下,可改善观测模型,显著提高定位精度。

顾及姿态及声线弯曲的多波束测深归算模型研究

综合考虑测船姿态和声线弯曲对多波束测量影响的耦合效应,严密推导海底测深点位置和水深归算模型。按照模块化程序设计思想,以参数输入输出为研究对象,深入剖析输入参数表征的内容及相关性,合理设计算法流程并突出模型的实用性。实例计算表明:归算模型与国外Caris Hips多波束测量数据处理软件输出结果一致,验证了模型的正确性,程序模块对我国自主研发多波束测量数据处理软件具有借鉴作用。

声跃层控制声线传播弯曲模型的构建

基于斯涅耳折射定律,将海水垂向等分成若干层,利用傅里叶步近算法,构建受声速剖面唯一控制的声线传播弯曲模型。将该模型用于模拟研究不同浅海声跃层类型对声线传播弯曲的影响,得出声线波长和轨迹长度按负跃层、无跃层、正跃层的顺序逐渐增加。并利用该模型定量研究跃层深度、跃层强度、跃层厚度三特征参量对声线传播弯曲的影响,得出负跃层强度越大、厚度越大、深度越浅,声线弯曲越大,波长越小。正跃层三特征参量对声线作用相反。

基于弯曲声线和测距修正的水下节点定位算法

针对由于水下声速变化及障碍物干扰引起的定位误差较大的问题,本文提出了一种抛物模型定位算法.首先基于到达角度提出了适用于弯曲声线的抛物模型测距法.然后基于到达时间提出了非理想路径测距识别方法和理想路径测距修正方法.最后利用投影法结合最小二乘法完成定位.仿真实验表明,该算法在弯曲声线、路径识别、测距优化三个方面均能有效地降低误差.

基于二次多项式拟合的超短基线声线修正方法

超短基线定位解算中的距离观测值是指换能器与水下应答器之间的直线距离,而海水声速的不均匀分布导致声波在海水中的实际传播路径为连续弯曲的曲线,需要结合实测声速剖面进行声线修正。根据声速在分层介质中的传播特性,本文提出了一种基于二次多项式拟合的声线跟踪算法,采用线性插值方法对声速剖面数据进行合理加密并按等深度进行分层,设定每层声速梯度是不断变化的,用二次多项式拟合声速,基于运动学原理建立了完整的数学解算模型。仿真结果表明,该方法修正后的水下目标分布具有明显的收敛性,且优于等梯度声线跟踪算法和等效声速剖面法,显著提高了超短基线水声定位系统的定位精度。

水声定位系统中迭代适应点分层的声线修正算法

水声定位系统中,声线弯曲是造成定位误差大的主要原因,本文针对该问题提出了一种迭代适应点分层(IAPL)的声线修正算法,将声速剖面筛选分层修正声线。首先搭建水声定位模型,通过拟合目标海域的监测数据,得到声速高次函数;其次探究声线弯曲时目标位置与掠射角的关联性,由此构造出声线插值函数并求解路径参数;最后提出划分原则,精简声速剖面分层。仿真结果表明,所提算法定位误差较低,分层精简率均维持在48.04%的水平,使计算量平均下降可达50.27%,能够最大程度保留声速剖面的原始特征,减少分层数量,提高计算效率。

三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.

侧扫声纳声线反射和折射干扰的实验分析

介绍了侧扫声纳由自身声源反射和折射衍生的两种干扰波的形成机理,提出以绘制声线图进行分析的研究方法,着重通过海上实作验证了温度跃层产生的声线弯曲对声纳的影响特点,为外业工作的设计和施测提供了几点建议。

声速剖面对多波束测深影响的新认识

介绍了声速剖面对多波束测深的影响,并得出了当声速剖面的某一节点偏大时,对边缘多波束的影响使水深偏浅,而对中央部分的波束使水深偏深;当声速剖面的某一节点偏小时,结果反之。该结果对野外资料采集及声速剖面编辑具有特别实际的指导意义。最后指出:当声速剖面出现误差时,中央波束的测深精度并不一定比其他波束的测深精度高。

侧扫声纳系统声图几何失真分析及其改正方法

针对侧扫声纳系统声图中的几何失真问题,通过拖鱼坐标系的七参数模型,分析了侧扫声纳系统拖鱼姿态、速度、升沉及声线弯曲对侧扫声纳声图造成的几何失真,建立了声图中拖鱼姿态改正、船速和升沉改正以及声线弯曲改正模型,并分析模型误差.研究结果表明:所用模型可有效改善声图的几何形变,模型误差小,对水下目标探测具有一定的理论和实践意义.

一种海底应答器绝对位置的精确校准方法

应答器越来越多地应用于各种水下作业,而其绝对位置的校准是工作的前提。在深海下由于声速的不均匀性,声线会发生弯曲。海底应答器绝对位置的校准需要进行声线弯曲修正。给出了一种深海条件下含声线弯曲修正的海底应答器绝对位置精确校准的方法。深海试验结果验证了该算法的有效性以及进行声线修正的必要性。

管节沉放对接中环境因素对声呐测距精度的影响

为确保管节水下沉放对接中声呐定位系统的测距和定位精度,对影响声呐测距精度的主要环境因素进行了研究,分析了温度和盐度对声速的影响及其引起的声线弯曲对测距的影响、多路径效应对测距的影响和海水浑浊度对测距的影响,给出了对管节精确沉放和对接施工有指导性作用的结论和建议。

基于修正观测值的水下移动节点定位算法

针对由声线弯曲和节点移动性造成的水声定位系统定位误差偏大的问题,提出了基于修正观测值的粒子滤波算法(MOPF)。首先,根据声速剖面,使用迭代逼近的方式初步修正观测距离,补偿由声线弯曲造成的测距误差。然后,利用移动节点在信标节点方向上的分速度与定位信号到达时间差的乘积,进一步修正观测距离。最后,使用二次修正的观测值更新粒子滤波产生随机的粒子权重,得出最佳位置估计。仿真实验表明,MOPF算法平均定位误差为0.72 m,定位精度较扩展卡尔曼滤波算法提升了50%。MOPF算法解决了节点运动特性及所处方位对定位精度造成的影响,提高了定位系统的稳定性。

海底入射角对多波束反向散射强度的影响及其改正

综合考虑测船姿态、声线弯曲和海底地形对入射角的影响,推导了计算多波束海底入射角的实用模型。根据Lambert法则,改正海底入射角对反向散射强度的影响。实例计算结果表明,所述模型能精确地计算波束在海底的入射角,有效地改正其对反向散射强度的影响。