[发明专利]一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法

说明书

本发明公开了一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法，属于海洋资源探测技术领域，本发明一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法，具有普适特性，应用该方法可以探测超短基线校准声学坐标异常值，既考虑了校准时船以近似圆形轨迹行驶，又结合了最小二乘法所具有的稳健统计数学特征，能较好的探测声学坐标异常值，是一种声学坐标异常值的稳定性探测方法。

技术领域

本发明属于海洋资源探测技术领域，具体涉及一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法。

背景技术

近年来，随着海洋科学研究和海洋勘探开发活动对数据的精度要求越来越高，需要对水下工作的拖体(声纳拖鱼、水下机器人等)进行精确定位。当前主要采用两种手段进行水下定位，一种是LAYBACK方式，方法较简单，但定位效果不理想，主要由于拖体与GPS天线的方位和距离偏差受船速、航向和流速等因素影响较大；另一种是利用水声技术进行水下定位，可以达到较高的精度要求。高精度水下声学定位系统是许多高新技术的集成，根据基线长度的不同以及工作原理和作用范围的区别，可以分为长基线(long base line)、短基线(short base line)和超短基线(ultra short base line，简称USBL)3种定位技术。长基线方法定位精度高，但设备庞大，布放过程复杂；短基线定位方法的设备和布放较简单，但精度不高；超短基线水声定位系统以其成本低、便携性强、灵活性高和操作简单等优点，在海洋工程、海洋矿产资源、水下考古、海洋国防建设等领域中得到了广泛的应用。由于超短基线定位存在一定的偏差而影响水下目标定位的精度，因此，开展超短基线水下定位系统定位数据的校正和处理，对于提高水下目标定位的精度具有重要的意义。

影响超短基线定位精度的因素是多方面的，主要有：电罗经测定船艏向的误差、船载GPS定位误差、超短基线测角误差、换能器安装时存在的系统误差，声速测定误差以及由此导致的测距误差。除此而外，信号在水中传播会受到海洋环境的干扰，波浪引起的船姿态的偏差，也会导致误差的出现。

而换能器安装时存在的系统误差，主要由于水声传感器、姿态传感器和GPS传感器的坐标系统不重合，它们之间存在平移和旋转等系统偏差，这些系统偏差是导致超短基线定位误差的一个重要原因。因此，在使用超短基线定位前，需要对超短基线定位系统进行有效地校准，以提高定位精度。然而，由于多种环境的影响，导致超短基线水下声学定位数据可能存在各种误差，特别是一些异常值的出现，可能导致许多校准算法失效，从而难以提高校准精度。在校准过程中，对于异常值的出现，可以利用超短基线安装误差校准观测方程的系数矩阵计算奇异值的特征矩阵，从奇异特征矩阵中提取出奇异值的特征值，据此判断特征值对应的数据是否存在奇异。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超短基线水下声学定位校准时异常值探测的方法，包括以下步骤：

步骤1：计算船坐标系下的应答器坐标

假设航向偏移量Δα、纵摇偏移量Δβ和横滚偏移量Δγ均为0的前提下，根据换能器坐标系与船坐标系之间的转换矩阵，计算应答器在船坐标系下的坐标P_船；

P_船＝T_Δα·T_Δβ·T_Δγ·P_换 (4)；