[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

说明书

本发明提供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，属于水下定位技术领域。本发明提出了顾及表层声速和坐标先验信息，通过分析圆走航法的声速误差和控制点平面坐标先验信息的获取，将控制点坐标和压力传感器测得的水深值视为随机量，并根据经验赋予水深观测值先验方差为水深的0.1％，最后采用广义最小二乘原理对控制点坐标进行求解。通过模拟50m和1500m水深定位实验证明在不使用声速剖面的条件下，仅顾及表层声速和坐标先验信息，同样能够取得较高精度定位结果，可有效节省船时，提高作业效率。本发明实用性强、结果稳健可靠、效率高，主要用于水下控制网绝对坐标基准的传递。

技术领域

本发明属于水下定位领域，具体涉及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。

背景技术

海底控制网是进行海洋大地测量的基础，对于探测和监测海洋板块运动和地壳变形有重要意义。在对控制点进行绝对位置校准过程中，传统的方法都是利用船载GPS和水下测距设备，交会确定海底控制点坐标。但存在不足之处：测距精度受声速误差影响较大，微小的声速误差就会引起定位精度大幅下降，尤其在深海定位时，声速误差引起的定位误差是不可忽视的。为削弱声速误差带来的影响，并提高定位精度和作业效率，有学者提出了圆走航法，由于测量船轨迹的对称性，利用最小二乘求解控制点坐标时可以有效削弱声速误差的影响，但该方法存在垂直解的精度低，且不稳定的问题。

控制点垂直解的精度依赖于精确的距离测定，而准确的声速剖面是精确测距的关键，然而，声速剖面与水温，盐度和压力有关，并且随着时间和空间改变发生不规则的变化，因此获取准确的声速剖面是较难的，并且费时费力。

为解决上述问题，获得海底控制点高精度、稳定的三维绝对坐标，本发明提出了一种顾及表层声速和深度信息的水下控制网点定位方法。

发明内容

本发明的技术任务是解决现有技术的不足，旨在研发一种仅顾及表层声速和坐标先验信息，进行水下控制点定位的方法，实用性强、通用性高、省时省力，能在无需声速剖面数据的情况下，实现高精的水下控制点定位目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出的一种顾及表层声速和坐标先验信息的水下控制点精密定位方法，将控制点坐标和压力传感器测得的水深值视为随机量，压力传感器测得水深值的先验方差根据经验值给定为水深的0.1％，采用广义最小二乘原理进行求解。具体如下：

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，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了利用表层声速求解水下控制点平面坐标的模型，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。

可选地，具体步骤包括如下：

(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：