超短基线声学定位原理及其应用

声学定位系统 ( Acoustic Positioning System)的技术研究和应用开发在现代海洋科学调查中起着重要作用。以挪威 Simrad公司的 HPR41 0 P超短基线定位系统为例 ,从几方面讨论了超短基线 ( Ultrashort Baseline)声学定位系统的原理、应用范围、定位误差来源及其相应的修正方法 ;通过最大程度地减少误差来提高系统的定位精度 。

基于不变误差定义的INS/USBL紧组合导航算法

针对现有惯性导航系统/超短基线定位系统(INS/USBL)组合导航算法误差定义不准确,引发空间不一致性及导航精度下降的问题,提出了一种基于不变误差定义的INS/USBL紧组合导航算法。首先,引入李群理论及左不变/右不变误差定义下的误差状态方程,保证了误差状态的空间一致性。然后,从噪声无偏性分析的角度阐述了松组合的缺陷。最后,利用超短基线测量的方位角及斜距信息,根据两种误差定义推导相应的紧组合量测方程。半实物仿真结果表明:相比于现有的INS/USBL松组合导航算法,所提出的基于右不变误差定义的紧组合导航算法有着更高的定位精度,2000 s后东向和北向定位精度分别提高14.65%和30.26%,天向定位精度提高73.91%;不变误差定义使得组合导航算法对初始对准精度的需求降低,即使初始姿态误差较大也能够对导航误差进行准确估计。

USBL安装偏差联合模型构建与校准方法

超短基线声学定位系统(USBL)使用前必须要进行严格的角度安装偏差校准。通过研究安装偏差校准的数学模型和数值算法,提出一种USBL安装偏差联合模型构建与校准方法。首先结合克罗尼克积给出高斯-马尔科夫数学模型假设下的校准信标位置和姿态旋转矩阵参数估计联合解,然后基于姿态旋转矩阵的联合解和条件协因数矩阵解其固定解。同时联合模型还可以对换能器水平距离安装偏差、声速误差进行增广,提高了模型的适用性。南海实测试验结果表明,所提方法可以充分利用USBL方向信息和测距信息对校准信标和其他参数进行估计,相比传统两步法,所提方法求解的信标水平定位偏差由0.69 m减小至0.60 m,水平距离安装偏差由0.26 m减小至0.04 m,角度安装偏差由0.29°减小至0.25°。