[发明专利]一种顾及表层声速和坐标先验信息的水下控制点定位方法

权利要求书

1.一种顾及表层声速和坐标先验信息的水下控制点定位方法，其特征在于，该方法首先考虑圆走航的对称性，得出声速误差对于水下控制点坐标精度的影响，接着以此为基础建立利用表层声速求解水下控制点平面坐标先验值的模型，最后得出了仅需表层声速及深度信息的水下控制网点精密定位方法；

具体包括以下步骤：

(1)水下控制点布设

将内置压力传感器的信标布设在水底控制点；

(2)圆走航观测

船舶沿着以控制点为中心、半径为水深1/2的圆匀速航行一周；

开启船载换能器，等间隔测量换能器与应答器之间的距离，同时利用表层声速计记录换能器表面声速；

(3)圆走航法声速误差分析

建立水下控制点和船载换能器坐标x_o及x_i的观测方程；

ρ_oi＝f(x_o,x_i)+δS_oi+δρ_oi+ε_oi：

ρ_oi为水下应答器与换能器之间的观测距离，f(x_o,x_i)为应答器与换能器之间的几何距离，δS_oi为应答器延迟引起的系统误差，δρ_oi是声速误差引起的系统误差，ε_oi是偶然误差；

(4)控制点平面坐标先验值获取

声线在两点之间的单程传播时间为t_i，表层声速为v_s，则观测距离S_i近似等于v_st_i，建立观测方程：

S_i＝f(X_o,X_i)+δS_o+δS_v+ε：

X_o(x_o,y_o,z_o)为水下控制点坐标，X_i(x_i,y_i,z_i)为第i次观测时船载换能器坐标，为控制点和换能器之间的空间斜距，δS_v为声速误差，δS_o为应答器延迟，ε为偶然误差；

求解控制点平面坐标，忽略δS_v的影响，在每个航迹点处都可建立对应的误差方程共得到n个误差方程，其矩阵形式为V＝BX-L；

根据最小二乘准则，水下控制点坐标可通过下式求得：

X_o＝(B^TPB)^-1B^TPL：

P为观测值权阵，则验后单位权方差估值及控制点坐标精度为：

和

(5)基于坐标先验信息的精密定位

建立测量船在t_i时刻的位置X_i与水下控制点X_o的观测方程：

ρ_i＝f(X_o,X_i)+δS_oi+δS_vi+ε_i

δS_oi为t_i时刻应答器延迟，ε_i为t_i时刻偶然误差，δS_vi为声速误差，t_i时刻测得声线从换能器传播至海底应答器的时延为τ_i，利用表层声速v_s乘以时延可得到近似距离ρ_i；

线性化观测方程后得到下列形式：

为X_o的先验值，B_i是根据X_i计算得到的f(X_o,X_i)关于X_o的一阶偏导数；

将观测水深视为随机量，其先验方差取水深的0.1％，将控制点坐标视为随机量，采用广义最小二乘原理进行求解。