一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法
【專利摘要】本發明涉及一種超短基線定位系統的系統誤差校準方法。本發明為了有效減小水體折射及測量粗差對超短基線定位系統的定位精度的影響。通過測量環境參量數據與超短基線測量數據計算應答器與超短基線基陣之間本征聲線及其與坐標平面夾角，利用本征聲線與基陣、大地平面的夾角矢量構建超短基線安裝角度誤差測角變換校準模型，并在對最小二乘求解模型方程的過程中根據觀測殘差設計抗粗差權矩陣，采用抗粗差最小二乘估計超短基線安裝角度誤差。能夠有效的補償由于水體中環境參量梯度變化造成的超短基線安裝角度誤差求解偏差；通過抗粗差權值減小粗差對校準求解的影響，提高安裝角度誤差的校準準確性與一致性。
【專利說明】一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法。
【背景技術】
[0002]超短基線定位系統由于聲學換能器的安裝導致基陣坐標系與船載羅經坐標系之間存在角度偏差，該偏差會嚴重影響系統的定位精度，因而在系統使用前必須進行安裝角度誤差的校準。在實施校準的過程中水體中環境參量梯度變化導致的水層折射影響，此時超短基線定位系統測量的聲線角度向量與目標真實方位角度向量存在差異，造成安裝角度誤差校準不準確。此外，校準過程中采集的數據會因隨機干擾而產生粗差，利用被粗差污染的數據進行校準嚴重影響校準結果的一致性。因而需要在進行安裝角度誤差校準的過程中修正折射偏差，消除粗差干擾，保障校準結果的準確性與一致性。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，以能夠有效減小水體折射及測量粗差對超短基線定位系統的定位精度的影響。
[0004]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0005]一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，所述方法是按照以下步驟實現的:
[0006]步驟一、利用CTD儀器采集校準作業水域的水體環境參數:溫度、鹽度；將溫度、鹽度數據通過烏德公式計算得到水體的聲速剖面；
[0007]步驟二、裝有待校準超短基線定位系統的船只圍繞錨定于水底、大地坐標已知的應答器航行，航行過程中記錄超短基線校準數據，包括:船只大地位置、船只航向、船只姿態以及應答器的基陣坐標系坐標；根據應答器的基陣坐標系坐標計算應答器與超短基線基陣之間的本征聲線與基陣平面的夾角矢量；利用聲速剖面、應答器以及船只大地坐標計算應答器與超短基線基陣之間本征聲線與大地平面的夾角矢量；
[0008]步驟三、重復步驟二獲得多組超短基線校準數據；每組超短基線校準數據包括:船只大地位置、船只航向、船只姿態以及應答器的基陣坐標系坐標；
[0009]步驟四、根據所觀測的本征聲線與基陣平面的夾角矢量及本征聲線與大地平面的夾角矢量，利用等權值最小二乘計算超短基線安裝角度誤差抗粗差測角變換校準方程中的觀測殘差向量，根據殘差向量計算抗粗差校準的抗粗差估計權值矩陣；
[0010]步驟五、利用將抗粗差估計權值矩陣替換步驟四中等權值最小二乘矩陣，利用抗粗差最小二乘計算超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方程，估計超短基線安裝角度誤差。
[0011]在步驟二中:
[0012]所述計算應答器與超短基線基陣之間的本征聲線與基陣平面的夾角矢量的過程為:從超短基線校準數據中提取應答器在基陣坐標系的xy坐標與斜距R，根據超短基線測向原理可計算出本征聲線與基陣平面夾角矢量余弦值:
【權利要求】
1.一種基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，其特征在于:所述方法是按照以下步驟實現的: (1)利用CTD儀器采集校準作業水域的水體環境參數:溫度、鹽度；將溫度、鹽度數據通過烏德公式計算得到水體的聲速剖面； (2)裝有待校準超短基線定位系統的船只圍繞錨定于水底、大地坐標已知的應答器航行，航行過程中記錄超短基線校準數據，包括:船只大地位置、船只航向、船只姿態以及應答器的基陣坐標系坐標；根據應答器的基陣坐標系坐標計算應答器與超短基線基陣之間的本征聲線與基陣平面的夾角矢量；利用聲速剖面、應答器以及船只大地坐標計算應答器與超短基線基陣之間本征聲線與大地平面的夾角矢量； (3)重復步驟(2)獲得超短基線校準數據組；每組超短基線校準數據包括:船只大地位置、船只航向、船只姿態以及應答器的基陣坐標系坐標； (4)根據所觀測的本征聲線與基陣平面的夾角矢量及本征聲線與大地平面的夾角矢量，利用等權值最小二乘計算超短基線安裝角度誤差抗粗差測角變換校準方程中的觀測殘差向量，根據殘差向量計算抗粗差校準的抗粗差估計權值矩陣； (5)利用將抗粗差估計權值矩陣替換步驟(4)中等權值最小二乘矩陣，利用抗粗差最小二乘計算超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方程，估計超短基線安裝角度誤差。
2.根據權利要求1所述的基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，其特征在于:在步驟(2)中: 所述計算應答器與超短基線基陣之間的本征聲線與基陣平面的夾角矢量的過程為:從超短基線校準數據中提取應答器在基陣坐標系的xy坐標無，=(Xj 與斜距R，根據超短基線測向原理可計算出本征聲線與基陣平面夾角矢量余弦值:
3.根據權利要求1或2所述的基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，其特征在于:在步驟(2)中， 所述計算應答器與超短基線基陣之間本征聲線與大地平面的夾角矢量的過程為:已知應答器大地坐標Ibwk7 ={x, yt 與聲基陣大地坐標義=(? Ja zj?計算兩者水平方向角為:
4.根據權利要求3所述的基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，其特征在于:在步驟(4)中，超短基線安裝角度誤差抗粗差測角變換校準方程的形式為:
5.根據權利要求4所述的基于測角變換的超短基線安裝角度誤差抗粗差校準方法，其特征在于:在步驟(4)中，所述根據殘差向量計算抗粗差校準的抗粗差估計權值矩陣的具體過程為:利用等權值的高斯-牛頓迭代最小二乘的方法求解角度余弦轉換方程及超短基線安裝角度誤差抗粗差測角變換校準方程，得到觀測殘差向量
【文檔編號】G06F19/00GK103927442SQ201410150912
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】鄭翠娥, 孫大軍, 李昭, 張居成, 張殿倫, 勇俊, 李想, 王永恒, 韓云峰 申請人:哈爾濱工程大學