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《長(zhǎng)程超短基線定位系統(tǒng)研制》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、長(zhǎng)程超短基線定位系統(tǒng)研制摘要水聲定位系統(tǒng)在海洋科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但原有系統(tǒng)大多或設(shè)備龐大、操作復(fù)雜，或定位范圍小、精度低，很難真正滿足使用需求。聲學(xué)、信號(hào)處理理論逐步成熟；電子技術(shù)，如DSP、DGPS技術(shù)的發(fā)展，為我們提供了開發(fā)更先進(jìn)的定位系統(tǒng)的可能。本論文的主要工作包括國(guó)家“863”計(jì)劃中的課題——長(zhǎng)程超短基線系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)，聲基陣相位校準(zhǔn)和海上系統(tǒng)安裝誤差校準(zhǔn)試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)研究，最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的工作性能。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是決定一個(gè)系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵因素。本系統(tǒng)由水聲定位系統(tǒng)、船姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和GP
2、S定位系統(tǒng)三大部分組成，其中基線基陣結(jié)構(gòu)改進(jìn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了高精度的目標(biāo)定位。文中分析了整個(gè)系統(tǒng)的誤差來源，介紹了系統(tǒng)定位解算的方式，并且對(duì)聲換能器基陣、應(yīng)答器功能、收發(fā)單元組成及主控軟件也進(jìn)行了論述。根據(jù)對(duì)系統(tǒng)誤差分析可知，除了提高輸入信噪比，可以提高整個(gè)系統(tǒng)定位性能，有效控制系統(tǒng)的測(cè)向誤差也是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度定位的關(guān)鍵。本文從高精度定位算法、聲基陣相位校準(zhǔn)及海上安裝誤差校準(zhǔn)，這三個(gè)方面介紹如何提高系統(tǒng)的測(cè)向精度，減少系統(tǒng)相位誤差，提高系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離的定位精度。傳統(tǒng)的超短基線定位系統(tǒng)基陣尺寸小便于
3、安裝，但其定位誤差隨著作用距離增加而迅速增加，影響了超短基線在深海作業(yè)中的應(yīng)用。由于在遠(yuǎn)距離誤差發(fā)散快，超短基線作用距離不遠(yuǎn)，其遠(yuǎn)距離定位精度也不高。為了滿足深海作業(yè)需要，提高超短基線遠(yuǎn)距離的定位精度，文中提出改進(jìn)超短基線定位精度的兩種方法，一種方法是通過改進(jìn)基陣陣形，從而加大基陣孔徑提高定位精度；另一種是通過使用寬帶信號(hào)測(cè)向，采用相關(guān)峰內(nèi)插時(shí)延估計(jì)的方法。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真，通過兩種方法改進(jìn)后的超短基線系統(tǒng)定位精度都得到不同程度的提高。由于本系統(tǒng)的聲基陣是多元基陣，不同陣元間存在的附加相移會(huì)直接影響系統(tǒng)定位精度，是需要校
4、準(zhǔn)和補(bǔ)償?shù)南嘁屏?。文中針?duì)本系統(tǒng)聲基陣相位哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文校準(zhǔn)試驗(yàn)的實(shí)際情況，給出了陣元間附加相移的測(cè)量方法及水池試驗(yàn)結(jié)果。如前所述，一套完整的超短基線定位系統(tǒng)都包括三個(gè)組成部分：水聲定位系統(tǒng)、船姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和6PS定位系統(tǒng)，前者是用定位目標(biāo)在基陣坐標(biāo)系下的位置，后兩者是用于將目標(biāo)的水聲基陣坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的大地坐標(biāo)。這些系統(tǒng)所包括有多個(gè)傳感器，不同傳感器所在的坐標(biāo)系間的角度偏差是導(dǎo)致超短基線系統(tǒng)定位誤差的一個(gè)重要原因。如何在不用附加任何硬件的情況下在海上快速對(duì)USBL系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)是系統(tǒng)需要解決的重要問題。文
5、中提出了利用對(duì)海底固定應(yīng)答器的定位進(jìn)行校準(zhǔn)試驗(yàn)的過程，并利用非線性迭代最小二乘原理對(duì)應(yīng)答器位置及坐標(biāo)問的角度偏差進(jìn)行了估計(jì)，海試試驗(yàn)證明此校準(zhǔn)方案的有效性。最后，本文對(duì)系統(tǒng)的湖試、海試作了介紹，系統(tǒng)的主要性能在試驗(yàn)中得到了充分的體現(xiàn)。關(guān)鍵詞：水聲定位系統(tǒng)；USBL；定位算法；相位校準(zhǔn)；超短基線的海上校準(zhǔn)AbstractAcousticpositioningsystemhaswideapplicationinOceanScientificfield．However,existingsystemshavedisadvan
6、tagesofbulkiness，perplexingoperation，limitedpositionrangeandlowprecision，resultingintheirincompetenceofsatisfyiⅡgmanyapplicationneeds．WiththedevelopmentofAcousticsmadSignalProcessingtheory,aswellasthatofDSPandDGPStechnology,itispossibleforUStodevelopmoreadvance
7、dpositioningsystems．Themainworkofthisthesisincludes：systemleveldesignandimplementta—tionofanLongRangeUltraShortBaseline(LR-USBL)systemthatisoneofresearchprojectsoftheNatural863program，researchanddesignofthecalibrat’ionofthephaseshiftmisalignmentsofthebaselinear
8、ray，angularmisaligrnentsoftheUSBLsensors，andperformanceverificationbyexperiments．Systemarchitecturedesigniscrucialtoasystem’Sperformance．Oursystemiscomposedofacousticvessel—
