[发明专利]一种基于声学测距和多波束地形的OBS精确定位方法

权利要求书

1.一种基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)在OBS投放点(x₀，y₀，z₀)有效范围内的n个海面测距点(x₁，y₁，z₁；x₂，y₂，z₂；x₃，y₃，z₃；…；x_n，y_n，z_n)，n≥3，利用声通讯机对OBS进行声学测距，获得对应的测距结果为d₁，d₂，d₃，...，d_n，单位m；

(2)根据OBS投放海域是否有声速剖面资料分为两种情形考虑：第一种情形，不考虑声速剖面数据；第二种情形，考虑声速剖面数据；

(3)对第一种情形，根据平均声速为1500m/s，最短声波射线沿直线传播，在测距点中任意取3个测距点并结合多波束海底地形数据，通过OBS到测距点的斜距与旅行时之间的关系，构建多元非线性方程组如下：

其中(x，y，z)是OBS坐底坐标，由于OBS位于海底，故方程组的解满足多波束海底地形z＝g(x，y)；

(4)以OBS投放点坐标(x₀，y₀，z₀)作为初始值，利用牛顿迭代算法求解方程组(1)，获得近似解(x_m，y_m，z_m)，n组测距数据可获得组方程的近似解，从而得到OBS坐底位置的最优解；

(5)对第二种情形，考虑声速剖面，最短声波射线路径有一定的弯曲，假设OBS的坐底位置为(x，y，z＝g(x，y))，根据声速剖面利用射线追踪方法计算OBS到测距点n之间的计算旅行时测距点n实际观测旅行时构建计算旅行时与观测旅行时的残差方程组如下：

其中，n≥3；

(6)对OBS投放点附近的多波束海底地形进行网格化，利用网格搜索方法获得方程组(2)中残差最小时的网格点位置，即为OBS坐底位置。

2.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中，由于声通讯机的最大作用斜距范围为10km，测距点应围绕在OBS投放点5km范围内的各个方向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据OBS坐底水深z是多波束海底地形的函数z＝g(x，y)，故利用多波束地形数据对非线性方程组(1)进行约束。

4.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(4)中，是把非线性方程f(x)＝0线性化的一种近似方法；把f(x)在点x₀的某领域内展开成泰勒级数取其线性部分(即泰勒展开的前两项)，并令其等于0，即f(x₀)+f′(x₀)(x-x₀)＝0，以此作为非线性方程f(x)＝0的近似方程，若f′(x₀)≠0，则其解为这样，得到的牛顿迭代法的一个迭代关系式

5.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过组方程的近似解获得最优解具体为：将所有近似解进行升序/降序排序，取中间部分数据的平均值作为OBS坐底位置的最优解。

6.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(5)中，考虑声速剖面时，利用近似弯曲射线追踪方法，获得的最短声波射线路径有轻微的弯曲，比用直线计算的旅行时结果更为精确。

7.根据权利要求1所述的基于水声测距和多波束地形的OBS精确定位方法，其特征在于，所述步骤(6)中，OBS坐底位置在投放点1km范围内，故根据多波束海底地形以投放点为中心的2km×2km范围内进行网格间距为1m的等间距划分，定位精度为1m。