一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法
【专利摘要】本发明涉及一种超短基线安装角度偏差无偏估计方法。本发明是要解决当无法获取作业声速剖面时，由于声线传播弯曲导致波达方位与目标方位之间产生偏差，而引起超短基线安装角度估值偏差，从而降低超短基线安装角度偏差估计计算的精度的问题，而提出的一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法。该方法是通过一、采集超短基线USBL定位数据；二、得到估计残差向量三、找到标准差统计值中最小值四、得到安装角度偏差估计值等步骤实现的。本发明应用于超短基线安装角度偏差无偏估计领域。本方法由于减小了声线弯曲对水平及垂向的安装偏角估计的影响，进而减小了超短基线安装角度估值偏差。
【专利说明】一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超短基线安装角度偏差无偏估计方法。
【背景技术】
[0002]超短基线的安装误差校准是超短基线声学定位设备提供定位服务前必须进行的作业之一，校准准确度直接关系到系统的定位精度。安装角度偏差估计的无偏性表征估计结果是否偏离真值，是衡量估计结果准确性的重要特征之一。在影响估值准确性的诸多误差源中，声线传播弯曲引入的误差是主要因素。其主要原因为声线传播弯曲会导致波达方位与目标方位之间产生偏差，并且这种情况会引起超短基线安装角度估值的偏差；因此一般需要通过获取声速剖面数据修正该偏差。然而在实际中因条件限制可能无法获取作业当时的声速剖面，从而无法保证超短基线安装角度偏差估计计算的精度，因而需要一种在此作业条件下能够补偿声线弯曲对估计无偏性影响的超短基线安装误角度偏差估计方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决当无法获取作业声速剖面时，由于声线传播弯曲导致波达方位与目标方位之间产生偏差，而引起超短基线安装角度估值偏差，从而降低超短基线安装角度偏差估计计算的精度的问题，而提出的一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005](I)装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据；
[0006](2)将改变的无偏估计参数及及规定对称航迹采集超短基线定位数据代入建立的超短基线安装角度偏差无偏估计方程,进行迭代计算超短基线安装角度偏差，得到估计残差向量ζ.，记录每一次的估计残差向量?其中i=l，2，3.....表示迭代次数；
[0007](3)将记录每一次估计残差向量右进行标准差统计，找到标准差统计值中最小值Lr = min {std(Z,)}；
[0008](4)将标准差统计值中最小值& = mir+td(Z；)j对应的安装偏差结果α、β和Y
作为最终的安装角度偏差估计值，完成对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计。
[0009]步骤(1)所述装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据具体过程为:
[0010](1.1)装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹具体为:船只以水下应答器在水面投影位置为圆心，以圆航迹为半径，围绕应答器以对称标准圆航迹行进；其中所述的圆航迹半径与应答器深度相同；应答器的深度为应答器声学换能器与水面的距离值；[0011](1.2)通过船只装载的超短基线系统及根据应答器的声学应答定位应答器的坐标值，同步记录船只的大地坐标、船只的大地艏向方位角以及船只的姿态数据；
[0012](1.3)通过超短基线定位系统测得的水下信标的基阵坐标;通过GPS测
量结果转换得到的超短基线声学基阵的大地坐标$通过罗经测量得到的船只艏向heading、船只纵摇pitch和船只横滚roll ;据此标定出水下应答器的大地绝对位置,并
计算出船只-大地的坐标转换矩阵瓦?—:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于: (1)装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据； (2)将改变的无偏估计参数J及规定对称航迹采集超短基线定位数据代入建立的超短基线安装角度偏差无偏估计方程，进行迭代计算超短基线安装角度偏差，得到估计残差向量右，记录每一次的估计残差向量；，其中i=l，2，3.....表示迭代次数； (3)将记录每一次估计残差向量Z；进行标准差统计，找到标准差统计值中最小值Lf = mi η (4)将标准差统计值中最小值V=minfstd(Z,)j对应的安装偏差结果α、β和、作为最终的安装角度偏差估计值，完成对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计。
2.根据权利要求1所述一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于:步骤(1)所述装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹采集超短基线定位数据具体过程为: (1.1)装载超短基线系统的船只围绕应答器以规定对称航迹具体为:船只以水下应答器在水面投影位置为圆心，以圆航迹为半径，围绕应答器以对称标准圆航迹行进；其中所述的圆航迹半径与应答器深度相同；应答器的深度为应答器声学换能器与水面的距离值； (1.2)通过船只装载的超短基线系统及根据应答器的声学应答定位应答器的坐标值，同步记录船只的大地坐标、船只的大地艏向方位角以及船只的姿态数据； (1.3)通过超短基线定位系统测得的水下信标的基阵坐标毛-Hfly;通过GPS测量结果转换得到的超短基线声学基阵的大地坐标通过罗经测量得到的船只艏向heading、船只纵摇pitch和船只横滚roll ;据此标定出水下应答器的大地绝对位置,并计算出船只-大地的坐标转换矩阵hp—Gmmd:
3.根据权利要求1或2所述一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于步骤(2)所述将改变的无偏估计参数^为:
4.根据权利要求3所述一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于步骤(2)所述将改变的校准去偏量δ规定对称航迹采集超短基线USBL定位数据代入建立的超短基线安装角度偏差无偏估计方程；进行迭代计算超短基线安装角度偏差，获得并记录每一次估计残差向量的过程为: (2.1)将超短基线定位数据
5.根据权利要求4所述一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于步骤(3)将记录每一次估计残差向量右:进行标准差统计，找到标准差统计值中最小值
6.根据权利要求5所述一种基于对称测线的超短基线安装角度偏差无偏估计方法，其特征在于步骤(4)中将LF=min{std(Li)}对应的安装偏差结果α、β和Y作为最终的安装角度偏差估计值的过程为:(4.1)利用高斯牛顿非线性方程求解方法，求解标准差统计值中最小值LF=min{std(Li)}对应的超短基线安装误差α、β和Y ； (4.2)将LF=min{std(Li)}对应的安装偏差结果α、β和Y作为最终的安装角度偏差估计值；至此完成为超短基线安装角度偏差的计算。
【文档编号】G01C1/00GK103925904SQ201410150904
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】孙大军, 郑翠娥, 李昭, 张居成, 张殿伦, 勇俊, 李想, 王永恒, 韩云峰 申请人:哈尔滨工程大学