一种主从式海底基准站控制网布设方法

本发明属于海洋大地测量和海洋工程领域，具体涉及一种海底基准站控制网布设方法。

背景技术：

1、现有海底大地基准网建设难度极大，技术要求高，建设周期相对较长，而且海底大地基准网设备的工作寿命又相对较短。为此国际大地测量协会(iag)于2019年正式设立了海洋大地测量工作组，推动海洋空间基准与水下定位技术的发展。构建海底大地基准网面临的一个重要问题就是海底大地基准网优化布设问题，不仅要确保其与国家陆地大地基准网形成一个整体，还要考虑基准站布设后的稳定性、可测性以及其观测的多样性。

2、海底基准站控制网布设过程中需要考虑选址、网型设计、主站与辅站的布设、站点的标定与校准、基准站的维护和回收等，要求，现有的无主站控制网布设方法存在稳定性差，网内定位精度差的问题。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有无主站控制网布设方法存在稳定性差，网内定位精度差的问题，提出了一种主从式海底基准站控制网布设方法。

2、本发明所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，包括：

3、步骤一：根据目标海域的海洋环境和地质条件，确定布设基准控制网主站位置；

4、步骤二：根据目标海域的海洋环境确定控制网主站布放的设备和工艺，对主站进行布放；

5、步骤三：根据待布设基站的海洋基线长度确定辅站个数，通过布设网型设定准则及主站位置布设辅站；所述布设网型设定准则为控制网主站的gdop(geometric dilutionof precision几何精度衰减因子)值最小；

6、步骤四：利用作业船对主站位置与辅站位置进行标定和校准，实现海底基准站控制网布设。

7、进一步地，步骤一中，根据目标海域的海洋环境和地质条件，确定布设基准控制网主站位置的具体方法为：

8、步骤a1、采用多波束测深系统和侧扫声呐设备对需要布设基站的海域进行数据采集，利用arcgis(geographic information system地理信息系统)地理信息系统，对需要布设基站的海域数据进行拼接，制作海底坡度图、海底表层沉积物分布图和工程地质图；

9、步骤a2、利用所述海底坡度图、海底表层沉积物分布图和工程地质图，对海底地形起伏度、坡度、动力地貌、构造稳定性、表层沉积物工程地质力学特征和沉积动力环境的稳定性进行分析；确定主站的整体重量；

10、步骤a3、对海底进行地质取样，利用取样样本分析海底表面形态和地层结构，确定目标海域海底承载力；

11、步骤a4、根据海底承载力和海底的水流的流速流向，确定目标海域海底大地布放主站的区域；

12、步骤a5、根据布放主站的区域中海底地形，地貌特征和海底承载力，计算主站设备布放时的下放速度和漂移量，选择主站的下放位置。

13、进一步地，本发明中，步骤二中根据目标海域的海洋环境确定主站布放的设备和工艺的方法：

14、目标海域为深海区时，采用缆绳系连绞车吊放的模式进行水下基站的布放，待主站的方舱底部坐落在海底后再进行缆绳脱钩释放；

15、目标海域为浅水区时，采用两种布放模式：

16、第一种：主站的方舱吊离工作船后，直接在水面进行缆绳脱钩释放，依靠方舱系统的自身重量进行下沉至海底；

17、第二种：直接采用缆绳系连绞车吊放进行水下基站的布放，待方舱坐落至海底后再进行缆绳脱钩释放。

18、进一步地，本发明中，步骤三中，根据主站位置布设辅站的具体方法为：

19、根据海岸线长度确定辅站的个数，以主站为几何中心构建辅站布设网型，以主站精度衰减因子gdop值最小作为布设准则，进行辅站布设，

20、其中，

21、

22、式中，a为水下导航定位模型的设计矩阵。

23、进一步地，本发明中，步骤四中，利用作业船对主站位置与辅站位置进行标定的具体方法为：

24、作业船携带船基测量设备，围绕海底主站分别进行圆形航迹测量，获得测量时延数据；

25、然后根据声速误差对测距精度的影响及波束入射角、测量距离的相关性，构建声速误差经验改正模型，利用所述声速误差经验改正模型对测量时延数据进行改正，获得主站位置、辅站位置与作业船之间的距离；

26、根据试验船的圆形航迹和主站位置、辅站位置与作业船之间的距离，利用空间交会绝对基准传递技术和基于深度约束的海底单个控制点绝对校准技术，获得基站的绝对坐标，完成基站的标定。

27、进一步地，本发明中，步骤四中，利用作业船对主站位置与辅站位置进行校准的具体方法为：

28、步骤四一、根据海底温度场变化，构建声速改正模型，开展声线跟踪，对海底控制网各基站间的几何距离进行观测，获得各基站的基线长度的观测值；

29、步骤四二、利用基线长度的观测值，采用无约束平差方法对海底控制网各基站间的几何距离进行无约束网平差计算，获得各基线长度改正数v；

30、步骤四三、根据基线长度改正数v，剔除不合格的观测基线，保留合格基线观测值；步骤四四、利用获得合格基线观测值，进行无约束重心基准网平差计算，获得各基线长度改正数v2，令v＝v2返回执行步骤四三，直至不存在不合格观测基线；执行步骤四五；

31、步骤四五、利用作业船对主站位置与辅站位置的标定坐标与合格基线间的空间距离，消除波浪影响的点间深度差，基于深度约束的二维网平差和附加深度信息的三维网平差，对海底控制网中所有基站绝对坐标进行计算，实现海底控制网的绝对校准。

32、进一步地，本发明中，步骤四三中，根据各基线长度改正数v，剔除不合格的观测基线，保留合格基线观测值的具体方法为利用：

33、v＞3σ则不合格

34、v≤3σ则合格

35、对基线是否合格进行判断，对不合格的基线剔除；式中，σ为v对应基线的单位权重误差。

36、本发明所述的主从式海底基准站控制网布设方法，相比以往的无主站控制网布设，该方法布设控制网较为灵活，仅主站需要考虑地质地貌，有无坐底条件等。且该方法下的控制网不仅可以在目标发声，控制网回复，也就是不需要时间同步的定位，实现主动定位，并且在需要时可以通过主站规律发声，实现被动定位，用户可以在不暴露自身的情况下完成定位。网内定位精度更高且定位精度更加统一。

技术特征：

1.一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤一中，根据目标海域的海洋环境和地质条件，确定布设基准控制网主站位置的具体方法为：

3.根据权利要求1或2所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤二中根据目标海域的海洋环境确定主站布放的设备和工艺的方法：

4.根据权利要求1或2所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤三中，根据主站位置布设辅站的具体方法为：

5.根据权利要求3所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤四中，利用作业船对主站位置与辅站位置进行标定的具体方法为：

6.根据权利要求1或2所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤四中，利用作业船对主站位置与辅站位置进行校准的具体方法为：

7.根据权利要求6所述的一种主从式海底基准站控制网布设方法，其特征在于，步骤四三中，根据各基线长度改正数v，剔除不合格的观测基线，保留合格基线观测值的具体方法为：利用：

技术总结
一种主从式海底基准站控制网布设方法，属于海洋大地测量技术领域和海洋工程领域，本发明解决了现有无主站控制网布设方法存在稳定性差，网内定位精度差的问题。本发明根据目标海域的海洋环境和地质条件，确定布设基准控制网主站位置；根据目标海域的海洋环境确定主站布放的设备和工艺，对主站进行布放，根据待布设基站的海洋基线长度和布设网型确定布设辅站个数，根据主站位置布设辅站；利用作业船对主站位置与辅站位置进行标定和校准，实现海底基准站控制网布设。本发明适用于海底基站布设。

技术研发人员：孙大军,欧阳雨洁,韩云峰,张居成,郑翠娥,李海鹏,洪小平
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13