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《海洋導(dǎo)航定位技術(shù)及其應(yīng)用與展望》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第26卷第1期2006年1月海洋測(cè)繪HYDRoGRAPⅢCSURVEYINGANDCHARTINGVoL26．No1Jan．．2006海洋導(dǎo)航定位技術(shù)及其應(yīng)用與展望陽(yáng)凡林112，康志忠2，獨(dú)知行2，趙建虎3，吳自銀1(1．國(guó)家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州310012；2．山東科技大學(xué)地球信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266510；3．武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北武漢430079)摘要：根據(jù)水上和水下環(huán)境的區(qū)別，系統(tǒng)論述了各種海洋定位導(dǎo)航技術(shù)及組合定位導(dǎo)航技術(shù)，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，介紹了它們的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望。關(guān)鍵詞：海洋測(cè)量定位
2、；衛(wèi)星導(dǎo)航；慣性導(dǎo)航；組合導(dǎo)航中圍分類號(hào)：P2281文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1671-3044(2006)01—0071—041引言隨著陸上定位與導(dǎo)航技術(shù)的飛速發(fā)展，海洋定位與導(dǎo)航技術(shù)也相應(yīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，精度越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于海洋環(huán)境的特殊性，其定位和導(dǎo)航與陸上相比，具有動(dòng)態(tài)性、不可重復(fù)性等特點(diǎn)，使得定位精度比陸上低、系統(tǒng)也較陸上復(fù)雜。根據(jù)定位和導(dǎo)航條件的不同，可分為水上和水下兩種方式。對(duì)于船載的測(cè)深成像等系統(tǒng)，為了將最終信息轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系中，必須獲得測(cè)深成像瞬間的測(cè)船姿態(tài)和位置；對(duì)于在水下作為載體的拖魚，同樣也需采用高
3、精度定位以獲得海底三維信息。能否接收空中電磁波信號(hào)(如GPS信號(hào))是這兩種方式的根本區(qū)別。下面從這兩方面人手，詳細(xì)論述海洋定位和導(dǎo)航的特點(diǎn)、技術(shù)和綜合應(yīng)用。2水上定位與導(dǎo)航技術(shù)水上定位與導(dǎo)航技術(shù)是指在海面上進(jìn)行的定位和導(dǎo)航。由于可與電磁波進(jìn)行通訊，基本可照搬陸上動(dòng)態(tài)定位與導(dǎo)航模式。早期定位使用六分儀和經(jīng)緯儀進(jìn)行，隨著無(wú)線電技術(shù)的發(fā)展，逐漸使用無(wú)線電定位系統(tǒng)，如羅蘭C等，主要有圓曲線和雙曲線兩種。隨著衛(wèi)星的升空，逐漸采用了衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)，以GPS／DGPS技術(shù)為代表，它的高精度、全天候、便捷等特點(diǎn)，使其逐漸取代了其他地面定位技術(shù)，占據(jù)了
4、主導(dǎo)地位。目前，我國(guó)沿海已建立無(wú)線信標(biāo)差分系統(tǒng)，全面覆蓋了我國(guó)沿海地區(qū)，可達(dá)到米級(jí)精度。鑒于GPS因衛(wèi)星信號(hào)遮擋、內(nèi)部電子串繞或高動(dòng)態(tài)時(shí)等會(huì)造成失鎖，現(xiàn)有不少研究者已將其與其他導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)”1、多普勒速度計(jì)(DVL)”。1。INS采用的航跡推算法，它利用加速度計(jì)，測(cè)得測(cè)船加速度，經(jīng)過積分得到測(cè)船速度，再經(jīng)過一次積分就可得到測(cè)船位置。它是可提供經(jīng)度、緯度、速度及水平與方位基準(zhǔn)等導(dǎo)航數(shù)據(jù)和載體姿態(tài)的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。它的定位結(jié)果雖然不受外界于擾，但隨著觀測(cè)時(shí)間的增長(zhǎng)，誤差逐漸加大。故GPS和INS系統(tǒng)各有所長(zhǎng)，組合
5、剛好克服了各自系統(tǒng)的不足_“。鑒于GPS定位輸出頻率不太高，有時(shí)無(wú)法滿足高速率連續(xù)定位的要求，出現(xiàn)了將低頻率的反映換能器瞬時(shí)起伏的GPSRTK觀測(cè)值和高頻率的運(yùn)動(dòng)傳感器單元(MRU)的觀測(cè)值融合的新技術(shù)，由RTK觀測(cè)值控制MRU觀測(cè)值誤差的積累，由傳感器觀測(cè)值表達(dá)所需的高頻數(shù)據(jù)，可得到精確的載體在瞬時(shí)水面的起伏。除了GPS和INS技術(shù)外，還有其他輔助定位和導(dǎo)航技術(shù)。如電羅經(jīng)可準(zhǔn)確測(cè)得測(cè)船方位，DVL可測(cè)得測(cè)船速度，通過它們組合也對(duì)測(cè)船定位和導(dǎo)航，成本較低，但精度稍差[“。3水下定位與導(dǎo)航技術(shù)電磁波在水中衰減很快，僅僅穿透數(shù)米就會(huì)丟失所有能
6、量，故傳統(tǒng)的陸上定位和導(dǎo)航技術(shù)在水中無(wú)能為力。而聲波能傳播幾百公里而沒有明顯的吸收損失，故水下主要采用聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行定位和導(dǎo)航。它們是從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來(lái)的。根據(jù)聲基線的距離，聲學(xué)系統(tǒng)主要分為超短基線定位系統(tǒng)(USBL／SSBL)、短基線定位系統(tǒng)(SBL)和長(zhǎng)基線定收稿日期：2005—08—02；修回日期：2005·10—13基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(40506023)；“基礎(chǔ)地理信息與數(shù)字化技術(shù)”山東省重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(SDC40212)。作者簡(jiǎn)介：陽(yáng)凡林(1974一)，男，湖北荊州人，博士，副教授，主要從事海洋
7、測(cè)繪、GPS理論與應(yīng)用及其數(shù)據(jù)處理等研究。萬(wàn)方數(shù)據(jù)海洋測(cè)繪第26卷位系統(tǒng)(LBL)。USBL／SSBL通常由3個(gè)及以上互相垂直相距約2cm的單元組成船上水聽器基陣，通過測(cè)量信號(hào)到達(dá)接收單元問的相位差和目標(biāo)到接收陣之間的斜距進(jìn)行定位，定位精度約為1～21n。SBL通過布設(shè)聲信標(biāo)，在測(cè)船下方安置4個(gè)相距較遠(yuǎn)并精確知道其相對(duì)位置的水聽器，由測(cè)出聲信標(biāo)到水聽器的往返距離和時(shí)間差或相位差進(jìn)行定位，定位精度約為5m，目前很少使用。LBL通過在海底布設(shè)3個(gè)以上相距較遠(yuǎn)并已知位置的聲信標(biāo)，根據(jù)測(cè)船換能器計(jì)算的聲信標(biāo)到測(cè)船的距離進(jìn)行定位，精度約為2m?。由
8、于距離由聲波傳播的時(shí)間與聲速計(jì)算得到，受聲速影響較大，為提高聲學(xué)定位系統(tǒng)的精度，特別是LBL，需準(zhǔn)確了解測(cè)區(qū)的聲速結(jié)構(gòu)。聲學(xué)定位系統(tǒng)的具體特點(diǎn)見表1”1。由于USBL設(shè)備的簡(jiǎn)便性，現(xiàn)在已逐漸代
