一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法。本發(fā)明是要解決當(dāng)無(wú)法獲取作業(yè)聲速剖面時(shí)，由于聲線傳播彎曲導(dǎo)致波達(dá)方位與目標(biāo)方位之間產(chǎn)生偏差，而引起超短基線安裝角度估值偏差，從而降低超短基線安裝角度偏差估計(jì)計(jì)算的精度的問(wèn)題，而提出的一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法。該方法是通過(guò)一、采集超短基線USBL定位數(shù)據(jù)；二、得到估計(jì)殘差向量三、找到標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值四、得到安裝角度偏差估計(jì)值等步驟實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明應(yīng)用于超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)領(lǐng)域。本方法由于減小了聲線彎曲對(duì)水平及垂向的安裝偏角估計(jì)的影響，進(jìn)而減小了超短基線安裝角度估值偏差。
【專利說(shuō)明】一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超短基線的安裝誤差校準(zhǔn)是超短基線聲學(xué)定位設(shè)備提供定位服務(wù)前必須進(jìn)行的作業(yè)之一，校準(zhǔn)準(zhǔn)確度直接關(guān)系到系統(tǒng)的定位精度。安裝角度偏差估計(jì)的無(wú)偏性表征估計(jì)結(jié)果是否偏離真值，是衡量估計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要特征之一。在影響估值準(zhǔn)確性的諸多誤差源中，聲線傳播彎曲引入的誤差是主要因素。其主要原因?yàn)槁暰€傳播彎曲會(huì)導(dǎo)致波達(dá)方位與目標(biāo)方位之間產(chǎn)生偏差，并且這種情況會(huì)引起超短基線安裝角度估值的偏差；因此一般需要通過(guò)獲取聲速剖面數(shù)據(jù)修正該偏差。然而在實(shí)際中因條件限制可能無(wú)法獲取作業(yè)當(dāng)時(shí)的聲速剖面，從而無(wú)法保證超短基線安裝角度偏差估計(jì)計(jì)算的精度，因而需要一種在此作業(yè)條件下能夠補(bǔ)償聲線彎曲對(duì)估計(jì)無(wú)偏性影響的超短基線安裝誤角度偏差估計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決當(dāng)無(wú)法獲取作業(yè)聲速剖面時(shí)，由于聲線傳播彎曲導(dǎo)致波達(dá)方位與目標(biāo)方位之間產(chǎn)生偏差，而引起超短基線安裝角度估值偏差，從而降低超短基線安裝角度偏差估計(jì)計(jì)算的精度的問(wèn)題，而提出的一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005](I)裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)；
[0006](2)將改變的無(wú)偏估計(jì)參數(shù)及及規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)代入建立的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方程,進(jìn)行迭代計(jì)算超短基線安裝角度偏差，得到估計(jì)殘差向量ζ.，記錄每一次的估計(jì)殘差向量?其中i=l，2，3.....表示迭代次數(shù)；
[0007](3)將記錄每一次估計(jì)殘差向量右進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)，找到標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值Lr = min {std(Z,)}；
[0008](4)將標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值& = mir+td(Z；)j對(duì)應(yīng)的安裝偏差結(jié)果α、β和Y
作為最終的安裝角度偏差估計(jì)值，完成對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)。
[0009]步驟(1)所述裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)具體過(guò)程為:
[0010](1.1)裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡具體為:船只以水下應(yīng)答器在水面投影位置為圓心，以圓航跡為半徑，圍繞應(yīng)答器以對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)圓航跡行進(jìn)；其中所述的圓航跡半徑與應(yīng)答器深度相同；應(yīng)答器的深度為應(yīng)答器聲學(xué)換能器與水面的距離值；[0011](1.2)通過(guò)船只裝載的超短基線系統(tǒng)及根據(jù)應(yīng)答器的聲學(xué)應(yīng)答定位應(yīng)答器的坐標(biāo)值，同步記錄船只的大地坐標(biāo)、船只的大地艏向方位角以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)；
[0012](1.3)通過(guò)超短基線定位系統(tǒng)測(cè)得的水下信標(biāo)的基陣坐標(biāo);通過(guò)GPS測(cè)
量結(jié)果轉(zhuǎn)換得到的超短基線聲學(xué)基陣的大地坐標(biāo)$通過(guò)羅經(jīng)測(cè)量得到的船只艏向heading、船只縱搖pitch和船只橫滾roll ;據(jù)此標(biāo)定出水下應(yīng)答器的大地絕對(duì)位置,并
計(jì)算出船只-大地的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣瓦?—:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于: (1)裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)； (2)將改變的無(wú)偏估計(jì)參數(shù)J及規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)代入建立的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方程，進(jìn)行迭代計(jì)算超短基線安裝角度偏差，得到估計(jì)殘差向量右，記錄每一次的估計(jì)殘差向量；，其中i=l，2，3.....表示迭代次數(shù)； (3)將記錄每一次估計(jì)殘差向量Z；進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)，找到標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值Lf = mi η (4)將標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值V=minfstd(Z,)j對(duì)應(yīng)的安裝偏差結(jié)果α、β和、作為最終的安裝角度偏差估計(jì)值，完成對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于:步驟(1)所述裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線定位數(shù)據(jù)具體過(guò)程為: (1.1)裝載超短基線系統(tǒng)的船只圍繞應(yīng)答器以規(guī)定對(duì)稱航跡具體為:船只以水下應(yīng)答器在水面投影位置為圓心，以圓航跡為半徑，圍繞應(yīng)答器以對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)圓航跡行進(jìn)；其中所述的圓航跡半徑與應(yīng)答器深度相同；應(yīng)答器的深度為應(yīng)答器聲學(xué)換能器與水面的距離值； (1.2)通過(guò)船只裝載的超短基線系統(tǒng)及根據(jù)應(yīng)答器的聲學(xué)應(yīng)答定位應(yīng)答器的坐標(biāo)值，同步記錄船只的大地坐標(biāo)、船只的大地艏向方位角以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)； (1.3)通過(guò)超短基線定位系統(tǒng)測(cè)得的水下信標(biāo)的基陣坐標(biāo)毛-Hfly;通過(guò)GPS測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換得到的超短基線聲學(xué)基陣的大地坐標(biāo)通過(guò)羅經(jīng)測(cè)量得到的船只艏向heading、船只縱搖pitch和船只橫滾roll ;據(jù)此標(biāo)定出水下應(yīng)答器的大地絕對(duì)位置,并計(jì)算出船只-大地的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣hp—Gmmd:

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于步驟(2)所述將改變的無(wú)偏估計(jì)參數(shù)^為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于步驟(2)所述將改變的校準(zhǔn)去偏量δ規(guī)定對(duì)稱航跡采集超短基線USBL定位數(shù)據(jù)代入建立的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方程；進(jìn)行迭代計(jì)算超短基線安裝角度偏差，獲得并記錄每一次估計(jì)殘差向量的過(guò)程為: (2.1)將超短基線定位數(shù)據(jù)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于步驟(3)將記錄每一次估計(jì)殘差向量右:進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)，找到標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于對(duì)稱測(cè)線的超短基線安裝角度偏差無(wú)偏估計(jì)方法，其特征在于步驟(4)中將LF=min{std(Li)}對(duì)應(yīng)的安裝偏差結(jié)果α、β和Y作為最終的安裝角度偏差估計(jì)值的過(guò)程為:(4.1)利用高斯牛頓非線性方程求解方法，求解標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)值中最小值LF=min{std(Li)}對(duì)應(yīng)的超短基線安裝誤差α、β和Y ； (4.2)將LF=min{std(Li)}對(duì)應(yīng)的安裝偏差結(jié)果α、β和Y作為最終的安裝角度偏差估計(jì)值；至此完成為超短基線安裝角度偏差的計(jì)算。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK103925904SQ201410150904
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】孫大軍, 鄭翠娥, 李昭, 張居成, 張殿倫, 勇俊, 李想, 王永恒, 韓云峰 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)