海底控制网测量和解算中的几个关键问题

剖析了影响海底控制网定位精度的几个问题,认为海洋声速短时变化大且规律性不强,构建声速场模型是削弱声速代表性误差的有效途径。声速对测距定位影响还与波束入射角和深度相关,影响显著,不容忽视;在声速稳定水域,利用入射角近似相同的观测距离差分定位可取得较高的精度,否则精度难以保证。引入压力传感器提供的深度或深度差,利于改善控制网垂直解精度,但需顾及两点间潮高差。

海底大地测量控制网研究进展综述

高精度的海底大地测量控制网是数字海洋和水下网络中心战的基础设施之一,而现阶段我国海底控制网的建设和研究几乎为空白。为自主建立我国高精度的海底大地测量控制网,本文借鉴发达国家的经验,结合国外海底控制网的发展与研究现状,系统介绍了GNSS/Acoustic系统的组成及发展;详细梳理了数据处理中的关键技术,分析了影响海底控制点精度的因素和控制点定位精度;结合我国现状,建议加紧开展我国海底控制网的建设与研究。

基于LBL的海底管节施工局域控制网建立

针对现有水下定位方法在精度和效率上的不足,提出了一种基于LBL建立海底局部控制网的方法。首先根据对称原则,给出了海底控制网布设方法;其次,给出了圆走航海底绝对基准传递方法和数据处理方法;最后,建立了海底控制网无约束和约束平差模型,实现了控制点绝对坐标的高精度确定。将控制网布设、测量和数据处理方法应用于实际工程,300m水深情况下,取得了优于5cm的定位精度。

高精度海底大地控制网建立方法分析与比较

海底大地测量控制网是陆基大地控制网在海底的自然延伸,是空间数据基础设施的重要组成部分。本文从作业方式、数学模型、测距误差、定位精度等方面比较了圆心法、非差法和历元间单差法建立海底大地控制网的异同。结果表明:圆心法须事先测定海底应答器阵列的几何结构,且仅能获得几何中心水平分量的高精度坐标;非差法可以获得控制点高精度的水平分量坐标,但高程分量精度较差;历元间单差法可以同时获得高精度的水平分量和高程分量坐标,并与航迹线、声学测距精度、GNSS动态定位精度等密切相关。最后,面对CGCS 2000向海底延伸的任务需求,为建立我国高精度永久性的海底大地控制网,提出了提高海底控制点精度的改进措施。

顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标的精确确定

为解决传统海底控制网点绝对坐标确定费时费力、垂直解精度不高的问题,提出一种顾及波浪影响和深度约束的水下控制网点绝对坐标精确确定方法。首先,开展了波浪影响研究,提出水下控制网点间高差确定方法以及利用该高差和GNSS垂直解的网点绝对高程确定方法。在此基础上,提出附加深度约束的圆走航单点绝对三维基准传递法、深度约束的二维自由网平差法及联合点间高精度深度差的组合约束平差法和三维联合约束平差法。最后对提出的方法进行验证。该方法可提高作业效率,将传统方法高程确定精度提高了1个量级。

浅海海底控制点水平坐标的简化计算方法

提出了一种在声速剖面未知的条件下计算海底控制点水平坐标的方法,根据流体静力学方程将海底应答器的压力值转化为深度值,并以此深度值作为等效声速剖面法的参考深度,基于等效声速剖面法与船底换能器到海底应答器声波的传播时间计算各历元的测距值,通过圆走航利用距离交会法确定海底控制点水平方向的坐标。松花湖的实验表明,这种方法可以获得较高精度的浅海海底控制点水平方向的坐标。

参考声速剖面误差对主动式声呐定位影响仿真分析

参考声速剖面误差是制约水下定位精度最棘手的误差源.目前国际上主要存在声速剖面校正和传播时间校正这两类主动式声呐定位方法.本文提出了主动式声呐观测的信号传播时间追赶仿真算法,构建了带周期函数的经验正交函数声速场建模方法,实现了主动式声呐观测及水下定位海洋误差仿真,开展了声速剖面校正法和传播时间校正法两类定位模型对比分析.结果表明,虽然两种方法都具备良好的声速误差补偿效果,但两者仍存在毫米级差异;此外,海面测线构型优化有助于削弱参考声速误差影响.

海底大地基准网建设及其关键技术

海底大地基准网建设涉及基准信标方舱研制、网型设计、勘选布放、观测策略、观测模型建立与优化、数据处理策略等.文章试图较全面地描述海底大地基准网建设的主要技术问题,并探索其技术途径;分别描述了浅海海底方舱和深海海底方舱建设的基本构想,提出了适用于水下定位导航的海底大地基准网整体建设准则和用于地壳运动监测的整体网型设计准则.为了提高海底大地基准网的应用效能,海底网型以对称网型为主;海底基准点定位的海面观测也以对称观测构型为主,建议采用圆形观测和交叉十字(或井字型)观测相结合的海底定位模式;GNSS相位中心与声学换能器的偏移改正,建议采用外部测定与模型参数估计相结合的方法进行;声速误差影响改正建议采用观测值改正与参数化模型改正相结合的方式,并以模型改正为主削弱声线误差对海底定位的影响.利用文章的基本设计,分别进行了浅海和深海定位试验.在浅海充分验证海底方舱性能的基础上,建立了3000m水深的长期海底基准点,该基准点初步定位结果内符精度优于5cm.

通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络构想

从海底控制网设计、布设、测量、数据处理和海洋声速场构建几个方面介绍了海底控制网建设的现状。结合国家海洋战略需求和海洋大地测量技术发展,分析了现阶段海底控制网建设面临的问题:认为目前的海底网规模小,缺乏信息共享,功能单一;设计与布设原则未与控制网等级关联,多为定性描述,缺乏操作性;声速场精度和分辨率偏低;测量和数据处理仅考虑了海底控制点的定位问题,难以满足大区域、高精度海洋PNT(positioning,navigation,and timing)基准网建设需求。据此,利用海洋声道的远程通讯和测距定位能力,提出了建设联合北斗/GNSS(global navigation satellite system)定位和通信导航功能的通导遥一体化深远海PNT基准及服务网络的构想,针对该网络的功能和布放设计、高精度、高分辨率海洋声速场模型的构建、各类PNT基准点的测量和整体网平差处理、海底PNT基准点的自校准和自维护、覆盖水域的位置增强服务、目标和环境的遥测和感知服务等几个关键技术问题,提出了实施方法和设想,以期解决当前海洋控制网大区域建设面临的缺乏通讯、布网原则和测量方法不完善、功能单一等问题,为新一代高性能海洋大地测量及PNT导航定位服务网络的建设提供支撑。认为随着长距离布网优化设计、增强位置服务、精确授时和时间同步、远程通讯及网络功能的拓展和应用服务等难题的突破,所构想的网络体系必将引起海洋PNT建设的一次变革。