[发明专利]一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法

摘要

本发明涉及一种超短基线安装角度偏差无偏估计方法。本发明是要解决当无法获取作业声速剖面时，由于声线传播弯曲导致波达方位与目标方位之间产生偏差，而引起超短基线安装角度估值偏差，从而降低超短基线安装角度偏差估计计算的精度的问题，而提出的一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法。该方法是通过一、采集超短基线USBL定位数据；二、得到估计残差向量三、找到标准差统计值中最小值四、得到安装角度偏差估计值等步骤实现的。本发明应用于超短基线安装角度偏差无偏估计领域。本方法由于减小了声线弯曲对水平及垂向的安装偏角估计的影响，进而减小了超短基线安装角度估值偏差。

主权项

一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于：(1)装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据；(2)将改变的无偏估计参数及以规定对称航迹采集的超短基线定位数据代入建立的超短基线安装角度偏差无偏估计方程，进行迭代计算超短基线安装角度偏差，得到估计残差向量记录每一次的估计残差向量其中i＝1,2,3…表示迭代次数；(3)将记录的每一次的估计残差向量进行标准差统计，找到标准差统计值中最小值(4)将标准差统计值中最小值对应的安装偏差结果α、β和γ作为最终的安装角度偏差估计值，完成对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计；步骤(1)所述装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据具体过程为：(1.1)船只以水下应答器在水面投影位置为圆心，围绕应答器以对称标准圆航迹行进；其中所述的圆航迹半径与应答器深度相同；应答器的深度为应答器声学换能器与水面的距离值；(1.2)通过船只装载的超短基线系统及根据应答器的声学应答定位应答器的坐标值，同步记录船只的大地坐标、船只的大地艏向方位角以及船只的姿态数据；(1.3)通过超短基线定位系统测得水下信标的基阵坐标；通过GPS测量结果转换得到超短基线声学基阵的大地坐标；通过罗经测量得到船只艏向、船只纵摇和船只横滚；标定出水下应答器的大地绝对位置，并计算出船只‑大地的坐标转换矩阵其中A表示船只艏向角，κ表示船只纵摇角，表示船只横滚角，各角度的定义参照船舶通信导航规范；为基阵‑船只的坐标转换矩阵，包含待求超短基线安装误差α、β和γ，其形式如下：R→Array-Ship=cosβcosαcosβsinαsinβ-cosγsinα-sinγsinβcosαcosγcosα-sinγsinβsinαsinγcosβsinγsinα-cosγsinβcosα-sinγcosα-cosγsinβsinαcosγcosβT]]>其中α代表超短基线安装艏向误差、β代表超短基线安装纵摇误差、γ代表超短基线安装横摇误差，各角度的定义类比船舶通信导航规范的船只姿态角；步骤(2)中：δ→=00δT]]>在范围校准去偏量δ的范围(δmin,δmax)中改变范围校准去偏量δ，并且范围校准去偏量δ在该范围(δmin,δmax)内逐步递增，设定δ的搜索初值δmin，遍历搜索范围直至δmax，从而得到改变的无偏估计参数其中，δmin为下限应答器深度/10，δmax为上限应答器深度/10；步骤(2)所述将改变的无偏估计参数及以规定对称航迹采集的超短基线USBL定位数据代入建立的超短基线安装角度偏差无偏估计方程，进行迭代计算超短基线安装角度偏差，获得并记录每一次估计残差向量的过程为：(2.1)将超短基线定位数据和分别带入超短基线安装角度偏差无偏估计方程：其中为方程无偏估计参数，为估计残差向量，为水下信标的大地坐标，为水下信标的基阵坐标，通过超短基线定位系统测得，为超短基线声学基阵的大地坐标，通过GPS测量结果转换得到，为船只‑大地的坐标转换矩阵，通过罗经测量数据计算得到，为基阵‑船只的坐标转换矩阵，包含待求超短基线安装误差；(2.2)将δmin及每一次更新δ的值改变的无偏估计方程的无偏估计参数分别重复代入超短基线安装角度偏差无偏估计方程中，记录每一次改变无偏估计参数后得到的估计残差向量其中i＝1,2,3…表示迭代次数。