[发明专利]适用于大范围海底应答器阵的快速高精度坐标校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水声定位测量方法，主要涉及长基线海底应答器阵阵元大地坐标的校准方法。

背景技术

长基线水声定位技术具有作用范围广、定位精度高等优势，被广泛应用于海洋作业的各个领域，在地球物理测量、海底地貌探测、科学考察和矿产资源开发等领域发挥着重要作用。水下航行体在长基线海底应答器阵内航行，以应答器作为参照物，测量出自身在应答器阵内的位置，进而完成导航定位解算。应答器的坐标作为参考坐标，其测量精度直接影响了长基线系统的导航、定位精度。

用于海底应答器大地坐标校准的方法很多，如最短距离法、条件方程法、长基线交汇法、垂线相交法、超短基线法或短基线法等，在选择测量方法时主要考虑的是测量精度和作业效率。目前，比较广泛采用的是长基线交汇法和短基线、超短基线法。长基线交汇法是在水面选取至少3个测量点完成水声测距，结合测量点的GPS坐标利用球面交汇法完成应答器大地坐标的解算，该方法的优点是具有较高的测量精度，但对于大范围海底应答器阵而言，需要工作船绕阵航行，费时耗力，效率较低。超短基线法和短基线法是在测量船底部安装基阵，通过单次测量就可以完成坐标校准，但该方法的缺点是基阵尺度较小、测量精度较低，难以满足高精度测量要求，当校准多个应答器时仍需要远距离航行以减小测量斜距，效率较低。

随着水声导航定位技术的广泛应用，大范围海底应答器阵大地坐标高精度、高效率校准的需求日益突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在保持长基线高精度测量优势的同时可以避免工作船大范围远距离航行，实现高效率作业的适用于大范围海底应答器阵的快速高精度坐标校准方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)选取3～4个应答器进行动态几何大地坐标校准；

(2)利用基于遥控的声学校准方法完成应答器阵之间距离的测量；

(3)利用几何法求解出每个应答器的大地坐标。

本发明还可以包括：

1、所述的选取3～4个应答器进行动态几何大地坐标校准的方法为：

(1)工作船在GPS引导下按预定航路绕待测应答器航行，在航行过程中通过声学应答方式完成水声测距；(2)结合高精度GPS所记录的测量点的大地坐标利用椭球面交汇法求解出海底应答器的大地坐标；(3)航行过程中选取多个测量点的测量结果进行解算，求多次解算结果的平均值得到该应答器的大地坐标。

2、所述的通过基于遥控的声学校准方法完成应答器阵之间距离的方法为：

(1)通过遥控指令对待测应答器进行主从设置管理；(2)主从应答器之间通过声学应答方式完成时延测量，进而求得两应答器之间的距离；(3)由主应答器通过遥控指令上传测量数据。

3、所述的利用几何坐标变换法求解出每个应答器的大地坐标的方法为：利用已经进行过绝对坐标校准的3～4个应答器的大地坐标与各个应答器之间的距离进行几何求解，解算出每个应答器的大地坐标。

为实现本发明的目的，需要利用长基线方法对3～4个应答器进行大地坐标校准，工作船围绕应答器航行通过声学应答方式完成水声测距。由于船在运动，致使询问脉冲的发射位置和应答脉冲的接收位置不能重合，为了满足高精度校准的需求，采用椭球面交汇法进行解算。

为实现本发明的目的，需要获得应答器阵中至少3～4个应答器的大地坐标，在此过程中需要获得水面测量点的大地坐标和其与应答器之间的斜距信息，测量点的大地坐标可以通过高精度GPS获得，而测量斜距信息与声速和时延均有关系，除了要保证高精度的时延测量之外，当水文条件不好时，还需要进行声线修正。

本发明的特点是将动态几何大地坐标校准法和基于遥控的声学校准方法相结合，借助无线电/水声遥控指令对应答器进行管理和控制，在保持长基线高精度测量优势的同时，又可以避免工作船大范围远距离航行，实现高效率作业。

附图说明

图1是动态几何大地坐标校准法作业示意图。

图2是基于遥控的声学校准方法作业示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，应答器1锚系于海底，声头3安装于船底伸入水下，高精度GPS天线2安装于声头正上方。按预设航路绕应答器航行，声头3发送测距询问脉冲，应答器1接收确认有效后发送应答脉冲，在航路上选取若干测量点进行解算。

结合图2，应答器阵1上方布放无线电浮标6，经过无线电天线4发送指令给浮标6，浮标通过水声换能器5将指令转发给应答器1，应答器1执行相应的动作后将结果返回给浮标6，由浮标6将结果上传。