[发明专利]一种基于测角变换的超短基线安装角度误差抗粗差校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于测角变换的超短基线安装角度误差抗粗差校准方法。

背景技术

超短基线定位系统由于声学换能器的安装导致基阵坐标系与船载罗经坐标系之间存在角度偏差，该偏差会严重影响系统的定位精度，因而在系统使用前必须进行安装角度误差的校准。在实施校准的过程中水体中环境参量梯度变化导致的水层折射影响，此时超短基线定位系统测量的声线角度向量与目标真实方位角度向量存在差异，造成安装角度误差校准不准确。此外，校准过程中采集的数据会因随机干扰而产生粗差，利用被粗差污染的数据进行校准严重影响校准结果的一致性。因而需要在进行安装角度误差校准的过程中修正折射偏差，消除粗差干扰，保障校准结果的准确性与一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于测角变换的超短基线安装角度误差抗粗差校准方法，以能够有效减小水体折射及测量粗差对超短基线定位系统的定位精度的影响。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于测角变换的超短基线安装角度误差抗粗差校准方法，所述方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、利用CTD仪器采集校准作业水域的水体环境参数：温度、盐度；将温度、盐度数据通过乌德公式计算得到水体的声速剖面；

步骤二、装有待校准超短基线定位系统的船只围绕锚定于水底、大地坐标已知的应答器航行，航行过程中记录超短基线校准数据，包括：船只大地位置、船只航向、船只姿态以及应答器的基阵坐标系坐标；根据应答器的基阵坐标系坐标计算应答器与超短基线基阵之间的本征声线与基阵平面的夹角矢量；利用声速剖面、应答器以及船只大地坐标计算应答器与超短基线基阵之间本征声线与大地平面的夹角矢量；

步骤三、重复步骤二获得多组超短基线校准数据；每组超短基线校准数据包括：船只大地位置、船只航向、船只姿态以及应答器的基阵坐标系坐标；

步骤四、根据所观测的本征声线与基阵平面的夹角矢量及本征声线与大地平面的夹角矢量，利用等权值最小二乘计算超短基线安装角度误差抗粗差测角变换校准方程中的观测残差向量，根据残差向量计算抗粗差校准的抗粗差估计权值矩阵；

步骤五、利用将抗粗差估计权值矩阵替换步骤四中等权值最小二乘矩阵，利用抗粗差最小二乘计算超短基线安装角度误差抗粗差校准方程，估计超短基线安装角度误差。

在步骤二中：

所述计算应答器与超短基线基阵之间的本征声线与基阵平面的夹角矢量的过程为：从超短基线校准数据中提取应答器在基阵坐标系的xy坐标与斜距R，根据超短基线测向原理可计算出本征声线与基阵平面夹角矢量余弦值：

cosΦ→Array=(kX→J/R,-1-k2|X→Jxy|2/R2)T]]>

其中k为声速修正系数。

在步骤二中，

所述计算应答器与超短基线基阵之间本征声线与大地平面的夹角矢量的过程为：已知应答器大地坐标与声基阵大地坐标计算两者水平方向角为：