大深度载人潜水器之超短基线定位系统:海上试验及载人深潜应用

超短基线定位系统是实现大深度载人潜水器水下定位和跟踪,保障其水下作业安全的重要技术手段.超短基线定位系统各测量设备的分离式安装导致船载声基阵与外围辅助传感器之间不可避免的存在安装偏差,而这种偏差又会大大降低其定位性能,必须通过海上标定试验加以校正.本文以2014年蛟龙号超短基线定位系统南海海上标定试验为例,详细探讨了海...     

误差均衡立体五基元超短基线水声定位

采用单平面基阵进行超短基线水声定位,当声源俯仰角接近基阵平面,会导致定位误差增加。为解决该问题,提出了基于空间五基元立体基阵子阵误差均衡的定位方法。该方法将空间立体基阵划分为正交的三基元子阵,在各子阵局部坐标系中分别解算定位结果,通过坐标变换将子阵局部坐标系转化为立体阵全局坐标;最终定位数据时,根据原局部坐标系下解算结果与理论结果的误差大小进行加权,对全局坐标系下的数据加权平均。MATLAB的仿真表明：该方法可实现空间立体基阵全空间方位目标声源的定位解算,定位精度比单一基阵面提高4倍以上;并解决了声源目标俯仰角接近单基阵平面时,定位精度误差急剧增大的问题,使整个定位空间内的定位结果误差变化均衡。     

基于超短基线的GPS测姿算法研究

针对超短基线下姿态测量结果稳定性差及可靠性低的问题,提出一种更加可靠稳定的基于超短基线的全球定位系统（global positioning system,GPS）姿态测量算法。构建了扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filtering,EKF）模型,并对扩展卡尔曼滤波模型中测量噪声矩阵采用基于卫星高度角模型,得出比较准确的浮点模糊度;联立了载波双差观测方程和伪距双差观测方程,并采用改进模糊度最小二乘去相关平差法（modified least-squares ambiguity decorrelation adjustment algorithm,M-LAMBDA）进行快速模糊度固定解算;利用了滤波法进行姿态解算。实验结果表明,与其他测姿算法相比,该算法可适用于超短基线,能够提高姿态结果的稳定性与可靠性,在基线为20 cm静态环境中,该算法模型航向角的误差方差为0.1左右,航向角的绝对误差为2°左右。在基线为20 cm动态环境中,该算法模型航向角的误差方差为2左右,姿态角的绝对误差为3°左右。     

超短基线（USBL）定位系统误差分析

USBL（超短基线）是一种水下定位技术,目前被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等海洋生产开发方面,主要用于确定ROV、ads、潜水员、水下其他载体的水下精确位置。在水下定位作业中,USBL水下定位系统到底有那些误差影响其定位精度一直困扰着测量人员。因此本文对对USBL的误差来源进行了分析。     

基于四阵元基站的水下航行器自定位方法

随着智慧海洋理念的普及和人工智能技术的发展,自主水下机器人、水下滑翔机等水下航行器在海洋科学调查、资源勘测和信息获取方面取得了重大进展,为了满足小型低成本水下航行器智能感知、自主作业的实际需求,同时降低其自主定位成本,设计并实现了一种基于海底四阵元基阵的自定位方法．首先,针对水声信道的复杂性,设计了具有时频特征明显、高峰值功率的声学频率梳信号作为传输信号,仿真实验证明该信号具有可靠的稳定性和抗噪性;其次,结合倒置的超短基线定位原理,设计了布放在已知参考点的四阵元基站,各阵元发出相互正交的声频梳信号,水下航行器在基阵声学作用范围内接收各个阵元混叠的声学频率梳信号,利用匹配滤波法对各信号单程飞行时间进行粗测;最后,针对声学频率梳的时域和频域特性,推导了接收信号与飞行时间的关系,利用相关分析法对各信号单程飞行时间进行精测,进而获取航行器与基站坐标轴阵元的测距和测向结果,结合倒置的超短基线定位方法,实现航行器的位置实时解算．水下实验结果表明,本方法复用率高、可操作性强,水下航行器只需携带单个接收信标即可完成定位计算,进一步降低了成本和系统复杂度．同时,也证明了声频梳信号的高可靠性,可在水下航行...     

基于超短基线的双频整周模糊度单历元取整固定算法

针对使用伪距取整固定宽巷整周模糊度效率高,但是宽巷一周取整错误发生频繁,伪距误差较大时还会出现大于一周的取整错误的问题,设计了一种可以弥补宽巷取整错误的整周模糊度固定算法.通过宽巷分离出的L₁浮点解小数探测和修复宽巷一周取整错误,使用RAIM算法排除大于一周的宽巷取整错误,最后使用正确的整周模糊度固定全部整周模糊度,完成高精度定位.使用实际GPS超短基线数据比较该算法与单历元LAMBDA算法的性能.该算法提高了直接使用伪距取整宽巷整周模糊度的固定率.相比单历元LAMBDA算法,本文算法的固定率稍低,但计算效率有明显提升.      

超短基线定位和流速剖面在圣杯屿沉船水下考古中的应用

介绍了超短基线定位系统和声学多普勒流速剖面仪的工作原理和应用场景。根据漳州圣杯屿沉船水下考古工作需求,综合使用2种设备开展实时数据采集和分析,得到了高精度的水下绝对位置信息,以及精确的流速向等潮汐水文观测数据,从而提高了遗址定位精度,建立起对整个遗址海流剖面的实时监控,创新性地研发出一套水下考古实时定位监测系统,保障了水下考古作业安全,为沉船考古发掘工作提供技术支撑。对于工作中存在的定位跳点等问题,通过改进超短基线系统的抗干扰设计,增强了其在环境中的稳定性和可靠性。     

影响GPS定位精度的因素及改进方法

全球定位系统（GPS）是新一代精密卫星定位系统。通过差分GPS定位技术,可以显著地提高定位的精度,但是,GPS进行定位时仍会受到各种因素的影响,本文主要从GPS的定位原理和定位精度对这些影响因素加以讨论。     

自航式声诱饵的艇载短基线阵定位方法研究

针对自航式声诱饵的战术使用特点和潜艇艇型特点,探讨利用艇载式短基线测量阵对其进行定位的方法,并对短基线测量系统的组成功能和阵形进行初步设计。文章还研究短基线测量阵的定位解算方法,并对典型工况下的测向误差分布进行仿真分析。仿真结果表明,系统在5km范围内的测向精度优于1?,能满足自航式声诱饵海上对抗效果的评估需求。     

反应堆几何效应对超短基线反应堆中微子实验中微子流强的影响

在超短基线反应堆中微子实验中,探测器与反应堆的距离较短,反应堆的几何效应对中微子能谱和中微子流强的影响可能无法忽略,需要对其影响进行评估。本文根据EPR（European Pressurized Reactor）堆芯的结构建立反应堆中微子源模型和点中微子源模型,研究了超短基线反应堆中微子实验中反应堆尺寸对中微子能谱和流强的影响,讨论了堆芯内功率误差分布对点源模型下预期中微子流强的影响。研究结果表明,由于反应堆的几何效应,使用点源模型会使预期中微子事例率低约0.08%~0.40%,堆芯的几何效应对中微子能谱的形状影响则在10⁻⁶量级。在超短基线反应堆中微子实验中,计算中微子流强时可以采用基于堆芯几何中心的点中微子源模型,在这种模型下,由统计误差和系统误差引入的误差可以忽略不计。