海底大地控制点标校关键技术研究

摘要

21世纪是海洋世纪，海洋占地球表面积的71%，是人类可持续发展的重要空间，已成为世界各国激烈争夺的重要战略目标。维护海洋权益、发展海洋经济和研究海洋科学，需要高精度的海洋大地测量基准；海洋大地测量基准是海洋及海岛礁资源环境信息的基本参考框架和重要组成部分，是实施国家海洋强国战略的重要基础。现阶段我国海底控制网的建设和研究处于起步阶段。本文是在国家重点研发计划“海洋大地测量基准与海洋导航新技术”项目的支持下，开展海底大地控制点标校关键技术问题研究。主要研究内容和结果如下：　　(1)归纳总结了GNSS动态定位技术、水声定位技术和海底大地控制网建设的国内外研究进展，介绍了海底大地控制点标校常用的GNSS/Acoustic定位系统，并分析了该系统在进行海底控制点标校时的主要误差源，以及消除或削弱误差，提高标校精度的方法。　　(2)介绍了不同的海底大地控制点标校方法，研究了非差和历元间单差定位模型，将基于选权迭代的抗差最小二乘法引入海底控制点标校。根据对海底应答器进行标校试验的实测数据，验证了不同标校方法的可靠性和有效性，分析了不同标校方法的精度和适用范围。　　(3)研究了声线跟踪算法，利用深海实测声速剖面，根据分层等梯度声线跟踪算法，计算不同入射角和深度下的声线弯曲。然后，研究了海底大地控制点标校中的声速改正方法，利用仿真实验，对比分析了不同声速改正方法在海底控制点标校中的精度。声线修正法是最符合海底大地控制点标校实际的声速改正方法，定位精度达到厘米级。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 GNSS动态定位技术

1.2.2 水下声学定位技术

1.2.3 海底大地控制网

1.3 研究内容与章节安排

2 海底控制点标校的误差源分析

2.1 GNSS/Acoustic定位系统组成及原理

2.2 船载换能器坐标归算

2.2.1 坐标系

2.2.2 船载换能器地理坐标归算

2.3 海底大地控制点标校误差分析

2.3.1 换能器定位误差

2.3.2 测量时间相关的误差

2.3.3 声速误差和声线弯曲误差

2.4 本章小结

3 海底控制点非差和差分标校算法研究

3.1 水下非差声学定位

3.2 水下历元间单差定位

3.3 声学定位粗差探测方法

3.3.1 错误观测值剔除

3.3.2 选权迭代抗差估计法

3.4 精度评定标准

3.5 算例分析

3.5.1 非差定位模型的海底控制点标校

3.5.2 历元间单差定位模型的海底控制点标校

3.6 本章小结

4 海底控制点标校的声速改正方法研究

4.1 射线声学与声线跟踪

4.1.1 射线声学与声线弯曲

4.1.2 分层常声速声线跟踪

4.1.3 分层等梯度声线跟踪

4.2 声线弯曲改正

4.3 声速改正方法研究

4.3.1 加权平均声速法

4.3.2 泰勒级数展开法

4.3.3 等效声速剖面法

4.3.4 声线修正法

4.4 仿真算例

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

作者简历

致谢