超短基线

摘要： 论文首先分析了超短基线水声定位系统(Ultra short baseline underwater acoustic positioning system,USBL)的原理以及定位误差的影响因素。重点调研并概括USBL误差校准方法的研究进展,并展望了USBL误差校准技术的发展趋势。

摘要： 针对未来水下载体长航时、远距离和高精度的定位需求,分析了传统长基线和超短基线等传统水声定位技术应用特点,指出了单信标水声定位技术在全球海域定位中的应用优势。详细介绍了基于虚拟长基线与位置跟踪两大类单信标水声定位方法及其研究进展,概括分析当前单信标水声定位技术现状,并结合水下定位、导航及授时体系建设需求,对单信标水声定位技术应用前景进行展望。

摘要： 深拖和AUV调查是深水工程勘察主要作业方式,精确确定深拖拖体、AUV在水下的位置对深海工程勘察作业至关重要。目前水下定位多采用声学导航定位,其中超短基线定位系统因其结构简单、操作便利、测距精度高、成本低等诸多优势而广泛应用于深水工程勘察作业中。文章介绍了超短基线水下导航定位原理与系统组成,分析了超短基线定位影响因素及提升定位精度的方法。结合实例,阐述了超短基线在深拖与AUV深水工程勘察作业中的应用。

摘要： 在复杂海洋环境下,利用超短基线对自主水下航行器(AUV)进行跟踪定位可能会受到各类误差的影响,通常采用以最小均方误差为准则的卡尔曼滤波对动态定位数据进行处理。构建起与目标实际运动相匹配的运动模型,是保证卡尔曼滤波精度和可靠性的重要基础,而AUV具有机动性较强的特点,往往难以先验性地确定单一的运动模型实现对所有运动状态的匹配。针对基于单模型卡尔曼滤波无法全程适应水下目标的所有运动状态的问题,采用交互式多模型卡尔曼滤波方法处理AUV的超短基线跟踪数据,运动模型之间通过概率矩阵转移来增强运动状态的适应性,实验结果表明该算法在多模型集合构建合理的情况下,其状态适应性优于单模型卡尔曼滤波算法。

摘要： 针对小型载体对目标的浅水探测与定位实际需求,提出一种基于微小型等边三元阵的超短基线(Ultra-Short Baseline,USBL)定位方法。推导等边三元阵的定位原理,减少冗余阵元,保证了系统微小型化并避免了相位模糊,提出相干脉冲串复互相关测向算法。仿真结果证明了微小型等边三元阵对目标的定位性能。完成了一套微小型USBL定位系统,通过试验验证了该方法的正确性。

摘要： 本文主要讲述在海洋地震勘探中USBL定位数据的分析及处理方法,通过大量的USBL定位数据建模分析,针对分析结论研究处理方法,并将算法细分为各个步骤,逐步演示处理过程,最终将USBL定位数据提取、优选、约束、平差后计算后得到节点位置坐标。使用LBL定位结果与USBL定位结果进行对比验证,通过真实有效的数据来验证其处理流程、算法的实用性、计算结果的可靠性,得出影响USBL定位结果精度的几个重要因素。

摘要： 本文提出一种基于长基线和超短基线组合定位的浮标定位系统实现对水下运动目标定位,利用海洋浮标技术将两者组合,降低了系统干扰和误差,提升超短基线的方位检测能力;同时,采用组合定位方式又可以有效减少长基线阵元数量,提高试验效率。在组合定位解算中采用时延/相位差参量信息,依托基于最小均方误差准则和最大似然估计准则的融合方法解决了同步信标高帧率、跨周期所带来的距离模糊问题,提高了系统对运动目标的定位精度;仿真精度分析验证了结果的有效性。

摘要： 针对超短基线定位系统(USBL)定位时,声速易受海洋环境以及深度影响,严重影响超短基线定位精度的问题。在声线跟踪方法的基础上,将压力传感器提供的深度信息作为约束,结合超短基线采集的传播时间,提出了基于深度约束的超短基线声速改正方法。该方法能够降低声线弯曲对超短基线定位精度的影响,提高超短基线的定位精度。采用模拟算例和南海实测数据进行验证。结果表明:新方法大幅度提高了平均声速方法的定位精度,在3000 m水深条件下,可以提升10 m以上;新方法也提升了传统声线跟踪法的定位精度,尤其是收敛效率优于传统声线跟踪方法,在3000 m水深条件下,可以提升近2倍。

摘要： 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。

摘要： 杨士莪,1931年生,河南南阳人,中国工程院院士,我国最早的水声领域研究专家之一,现任中国声学学会名誉理事长。他长期致力于水声学原理、水下噪声学及水声定位系统的研究,参与完成一系列长基线、短基线和超短基线水声定位系统,为中国水声学科建设、水声发展规划制定作出了突出贡献。

摘要： 根据《中国石化海(水)石油重大安全风险作业管理规定》及中石化《海底管道检维修及报废管理规定》相关要求,海底管道立管及近端每年需进行检测和调查.同时,海底管道投砂防护、连锁排铺设、海管后挖沟等海洋工程以往前期调查和后期检验的手段仅局限于潜水员的探摸,无法对水下情况做出定性的判断和定量的描述,且存在安全风险和质量风险.通过超短基线系统(USBL)结合二维实时成像声呐(定点扫描声呐)技术在海底管道调查实际应用发现该技术具有定位精度高、直观(即时成像)、工作效率高、操作简便、降低劳动强度等诸多优点.为今后管缆隐患治理、应急维修及海底管缆的完整性管理等大数据方面提供更为精确的数据基础资料,值得大力推广应用.本文通过以USBL结合定点扫描声呐技术在某海上平台海底管道调查应用为例对此技术进行介绍.

摘要： 本文阐述了GAMIT软件处理短基线时的基线解类型,探讨了GAMIT软件基线结果的评价指标,基于GAMIT软件对某桥梁上的三条GPS超短基线在不同方向上的偏差进行了理论分析和实验验证,得到了GAMIT软件中四种基线解类型L1,L2INDEPENDENT、L1ONLY、L2ONLY、L1&L2精度与时间的关系,为工程中使用GAMIT软件选取基线解类型提供了参考依据.

摘要： 超短基线定位技术是近年来水下声学定位控制与检测领域一项全新的应用技术,简要阐述了超短基线定位技术在海洋石油工程中的应用.通过与传统作业方法的比对,该技术具有便捷、测量结果准确等特点,建议推广应用.超短基线定位技术应用于联锁排铺设施工的定位与检测，是铺排施工中定位控制与检测工艺的创新。在胜利海上油田海洋石油工程的实际应用效果证明，其工艺先进、作业方法及控制手段稳定可靠，测量精度完全满足施工的需求。超短基线定位技术在联锁排铺排施工中的成功应用，不但大幅提高了铺排施工的进度与质量，而且还可以有效降低施工作业成本和水下探摸的安全风险.可在同行业推广应用。

摘要： 对于水声定位系统,由于声速不均匀垂直分布引起的声线弯曲严重影响了系统的定位精度,必须进行声线修正.超短基线水声定位系统是根据信号到达接收基阵阵元之间的时延差进行目标定位解算的,其声线弯曲误差修正方法与长基线定位系统不同,需要同时修正距离信息和角度信息.本文提出了一种适用超短基线定位系统的声线弯曲误差修正方法,根据射线声学理论修正距离信息,根据几何关系修正角度信息.湖上试验数据处理结果表明,该方法能有效修正声线弯曲引起的定位误差,大大改善超短基线定位系统的定位精度.

摘要： 为了解决超短基线由于自身尺寸小而导致在远距离目标定位中定位精度差的问题,本文通过对传统四元正交阵进行阵型优化,提高了超短基线系统定位精度。该方法相比已有的改进超短基线阵或少了阵元数,或少了发射端的制作了难度。经仿真分析,新阵型对在0～360°内的目标定位精度相比传统超短基线阵得到了近8倍的提高,可应用于对远距离目标的高精度定位。

摘要： 该文在介绍超短基线定位原理的基础上，依据水下目标x、y、z3向在时间轴上各自的分布来识别定位跳点、并采用合理的数据结构与算法，实现对跳点的交互式剔除，从而得到可信的水下声学定位数据。最后介绍了基于航位推算的定位数据匹配方法，提升水下声学定位数据的效率，以满足现场作业中对水下定位的更高需求。

摘要： 常规的超短基线[1],[3]多用于对带有应答器的目标进行定位跟踪.本文对超短基线的应用进行了一种新的探索,提出一种基于超短基线定位技术的海底单应答器潜器导航技术:通过在海底布放单只应答器,在潜器上安装高精度超短基线定位系统来实现潜器的自主定位导航.

摘要： 本文概述了HiPAP100水下定位系统的组成及其工作原理,它是一种低频水下定位系统，分为水下和水上两个部分，利用声波脉冲信号进行定位，并分别就其超短基线和长基线两项功能介绍了其在海洋调查中的广泛应用,说明其在相关海洋调查中的重要性.

摘要： 在浅海海底地形勘测中，提出了基于超短基线（USBL）的AUV导航定位方法，该方法结合母船卫星定位、姿态测量和深度测量，可准确获取AUV的大地坐标。文章建立了AUV定位数学模型，仿真结果表明，该方法可将定位误差控制在2m以内。

摘要： 介绍了目前海洋调查中测量设备拖曳体(拖鱼)的三种基线水声定位方式；分析了不同方法确定水下目标位置的差异。对超短基线法进行了初步研究和改进，更进一步的提高拖鱼定位的精度。

摘要： 本发明涉及一种基于长基线或超短基线组网的深海导航定位系统及方法，包括设置于水下机器人或水下航行器的测阵声纳和声速剖面仪以及分布于海域的测阵网点，通过测阵声纳和声速剖面仪获取水下机器人或水下航行器设备与海底测量阵点应答器之间的距离、方位，以及当前海域的声速剖面，并解析计算得出水下下机器人或水下航行器设备的精确位置,代替水面GPS定位或有源校准。本发明隐蔽性好，冗余性好，实现水下下机器人或水下航行器的水中定位导航，在未来军事应用前景广阔，并将为我国近海国防事业提供重大帮助，为海洋的开发利用提供一种有效定位手段。

摘要： 一种用于生成和使用包括一个或多个相位差误差图、表和/或数学模型的查找机制的系统通过以下步骤来计算各个图、表和/或模型：在已知位置和已知定向设置短基线或者超短基线天线阵列；确定传入的GNSS卫星信号相对于天线阵列的入射角并且计算各个天线对之间的期望载波相位差；计算各个天线对之间的所测量的载波相位差；以及使用期望的以及所测量的载波相位差来确定载波相位差误差。然后将载波相位差误差记录在查找机制中，该查找机制具有由入射角索引的针对各个天线对的图，在合适的情况下具有查找表。此后，当确定天线结构的未知定向时，系统使用该查找机制。对于各个天线对，该系统基于根据所计算的定向而确定的入射角而进入查找机制，并且在计算修正的定向中使用所获取的值，以便补偿相位失真。

摘要： 本发明涉及一种基于长基线或超短基线组网的深海导航定位系统及方法，包括设置于水下机器人或水下航行器的测阵声纳和声速剖面仪以及分布于海域的测阵网点，通过测阵声纳和声速剖面仪获取水下机器人或水下航行器设备与海底测量阵点应答器之间的距离、方位，以及当前海域的声速剖面，并解析计算得出水下下机器人或水下航行器设备的精确位置,代替水面GPS定位或有源校准。本发明隐蔽性好，冗余性好，实现水下下机器人或水下航行器的水中定位导航，在未来军事应用前景广阔，并将为我国近海国防事业提供重大帮助，为海洋的开发利用提供一种有效定位手段。

摘要： 一种用于生成和使用包括一个或多个相位差误差图、表和/或数学模型的查找机制的系统通过以下步骤来计算各个图、表和/或模型：在已知位置和已知定向设置短基线或者超短基线天线阵列；确定传入的GNSS卫星信号相对于天线阵列的入射角并且计算各个天线对之间的期望载波相位差；计算各个天线对之间的所测量的载波相位差；以及使用期望的以及所测量的载波相位差来确定载波相位差误差。然后将载波相位差误差记录在查找机制中，该查找机制具有由入射角索引的针对各个天线对的图，在合适的情况下具有查找表。此后，当确定天线结构的未知定向时，系统使用该查找机制。对于各个天线对，该系统基于根据所计算的定向而确定的入射角而进入查找机制，并且在计算修正的定向中使用所获取的值，以便补偿相位失真。

摘要： 本发明是地球物理勘探海底电缆二次定位方法，将应答器固定在待测海底电缆上，将水声换能器安装在测量船上，水声换能器中安置有两个换能器，两换能器组成超短基线阵，其中一个换能器为收发合置换能器，另一个仅作接收，换能器发出呼叫信号，应答器识别并发出应答信号，接收应答信号并进行处理计算出应答器的大地坐标，得出应答器在测量船的左右方位，确定应答器的准确位置及最终的大地坐标。本发明克服长基线定位镜像问题，提高了定位精度和可靠性，实现定位船在测线两测航行的随意性，方便海上定位施工，施工效率提高一倍，定位精度优于1米。

摘要： 本发明公开一种用于野外超短基线精密定向的照准辅助装置及测设方法，属于超短基线方位角测设领域。包括作业平台，作业平台通过连接件与T形尺连接；使用时先资料收集与数据准备，然后测角仪器定向，作业平台安置与初步定位；最后T型尺组装与精密定位。本装置结构精巧、稳定，操作方便；成本低，定向精度高，不受周边磁场环境的影响；使用方法简单，促进角反射器设计趋向小型化，降低角反射器的制造成本。

摘要： 本发明公开了一种超短基线水声测距方法及系统，所述超短基线水声测距方法包括：步骤1，获取超短基线定位系统声线的初始掠射角估计值；步骤2，根据所述初始掠射角估计值与声学基阵高度对应的映射表，实时计算当前有效声速ce；步骤3，根据所述ce与实测的声线传播时长τ的乘积，获得应答器斜距。本发明能够提高水声测量斜距的效率，避免传统的声线跟踪算法实时还原水声传播轨迹的复杂运算。

摘要： 本发明提出了一种基于罗德里格矩阵的超短基线安装误差角标定方法，引入罗德里格矩阵来代表安装偏差姿态角，能够解决近似线性化带来的误差和对安装角度的为小角度的限制。本发明引入罗德里格矩阵来代表安装误差角，可以解决近似线性化带来的误差和对安装角度的为小角度的限制，可以提高安装误差角的解算精度，具有一定的工程应用价值。

摘要： 本发明涉及一种超短基线安装误差校准算法，尤其为一种基于四元数法的超短基线安装误差校准方法，包括根据坐标变换公式和应答器在地理坐标系下的坐标，求解得到应答器在船坐标系下的坐标；根据四元数与旋转矩阵的变换关系，求解得到基阵坐标系向船坐标系转换的旋转矩阵；根据基阵坐标系向船坐标系转换的旋转矩阵并进行坐标变换和最小二乘原理可求解得到基阵坐标系与船坐标系之间的四元数参数；基于四元数法，求解得到坐标系旋转后的坐标；根据坐标变换公式，求解得到超短基线安装误差校准后的应答器地理坐标。本发明基于四元数法，利用最小二乘原理求解四元数微分方程得到姿态角，实现超短基线安装误差校准。

摘要： 本发明涉及一种声线修正方法，尤其为一种基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，包括以下步骤：获取不同深度海水的电导率S、温度T、深度D数据，计算得到对应深度下的声速，并绘制出声速剖面；利用Matlab中interp1函数对计算得到的声速剖面进行三次样条插值，增加数据密度；对声速剖面进行等深度分层，将5m归为一层；基于二次多项式拟合的改进声线跟踪算法计算求解每层声线的掠射角、每层声速梯度、每层声速、修正后的声线水平距离以及声线传播时延；根据求得的声线传播时延与系统信号处理设备估计得到的测量时延，计算它们之间的差值；判别时延差值是否满足设定的逼近程度要求，决定终止退出还是继续迭代。