双曲面定位系统的误差分析

本文导出了双曲面定位系统的定位误差公式,分析了定位误差源及对应的权重系数,以水下短基线阵为例,计算了声速、时间差、阵元坐标的测量误差和声线弯曲引起的系统定位误差,以长基线阵为例,计算了定位精度区。本文结果对合理分配双曲面定位系统各误差源的误差有参考价值.     

结合主动时间反转算法的短基线定位研究

短基线声学定位技术是水下运动目标定位的重要研究内容。为了解决定位系统工作于浅水或近岸时多途扩展严重造成的时延估计误差和系统工作不稳定的问题,本文提出一种结合时间反转算法的短基线宽带应答定位技术,该方法利用短基线阵元发射宽带信号,通过应答器接收该信号时间反转处理后再返回给短基线阵元位置,实现信道多途的自适应聚焦,进而提高时延估计精度及信号检测的鲁棒性。仿真研究和湖上试验表明,该方法能够充分利用信道多途信息实现聚焦,减少信道多途对定位信号时延估计的影响,具有较强的抗噪声和多途干扰的能力。相对传统定位方法,该方法可以抑制短基线定位过程中误差及野点的产生,改善了物体定位导航的精度。      

一种四元超短基线阵实现高精度定位

由于超短基线自身尺寸较小,随着作用距离增加,其定位误差增大。对此,本文在阵元数较小的情况下,通过优化阵型形成间距不等的四元阵来提高系统定位精度。该阵型既减少了已有八元阵的冗余阵元,也不需要发射端发送跳频信号。本文给出了新阵型的相位补偿公式以及所适用频带的理论分析。理论分析和数值仿真表明:本文所述新阵型与已有的八元阵定位精度相当。可为改善超短基线定位精度提供一些参考。     

非同步水声定位技术及其性能评价

探讨用非同步方式进行水声定位的解算方法,用蒙特卡洛方法对各误差源及目标位置对同步及非同步定位系统定位精度的影响作了统计分析,并对其可行性及适用性进行了分析和探讨。仿真结果及湖试结果表明,采用长基线阵的非同步水声定位系统具有较高的定位精度。     

移动平台超短基线阵实现水下目标高精度定位

针对自主式水下航行器如AUV (Autonomous Underwater Vehicle)等水下移动平台,提出了一种超短基线多元阵的快速收敛的高精度声定位方法。通过对比超短基线多元阵定位误差的克拉美罗下界,对阵型结构和阵元数目进行了优化,确定优化的阵列为9元立方阵;融合移动平台行进过程中的多次定位结果,进一步降低定位误差;并利用梯度下降法实现平台轨迹优化,使得系统最快收敛到需要的定位精度。仿真结果表明,在1000 m距离内,利用优化轨迹可以将定位均方根误差快速收敛至预设的0.2%以内.此外,对于海试实验采集数据的目标定位结果显示,对距基阵约700 m及400 m的目标,5元阵定位标准差相较4元阵缩小了约2 m及1 m,验证了多元阵定位方法在实际海洋环境中的有效性.      

一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法

超短基线定位系统的定位精度和准确度是评价系统性能的重要指标, 通常采用固定点的定位重复度来评价定位精度, 采用其他解算方法作为真值参考评价定位准确度. 本文首先分析了以误差椭圆理论为基础的超短基线精度评价方法, 给出了理论推导公式, 证明了观测数据和理论误差椭圆的关系. 本文提出了一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法, 通过长基线交汇模型求解目标的真实位置评价系统的准确度. 根据该方法解算得到的待定目标位置作为真值参考, 能够反应系统误差的修正情况. 最后采用该方法进行海试数据处理, 处理结果表明该方法能够较好的反应定位精度, 进一步修正了系统偏差, 修正系统偏差后和修正前相比定位精度提高了0.2%, 具有良好的工程应用价值.     

长基线声学定位系统跟踪解算优化方法

针对现有长基线定位解算算法忽略阵型标定误差的问题,本文提出了一种结合声信标的标定误差和测距误差的待定目标解算方法。该方法利用观测数据的先验误差将观测数据连同带求解量一并构建平差解算模型,可以对待定目标位置解算进行优化求解。采用该方法对现有测量船只的跟踪定位实验进行数据处理,得到的跟踪定位轨迹平滑连续,和传统方法相比更接近于GPS输出结果,在深水环境下效果提升明显。理论分析和实验结果表明采用该方法能够获得更优化的位置估计结果及全局误差,能够应用于高精度长基线定位系统中。      

两步法提高时延差估计精度的分析和实验验证

为提高短基线水声定位系统的定位精度,对利用两次估计提高时延差计算精度的方法进行了理论分析、仿真和实验验证,并给出了具体的实现步骤。该方法将时延差估计值分解成了时延差初测值和时延差修正值,前者直接利用相关函数包络求解,后者与相关函数相位差之间存在映射关系,通过频域的相位差估计获得。仿真和实验的结果显示,采用这一方法能够获得很高的时延差估计精度。两步法具有很强的实用性,可以有效的提高短基线水声定位系统定位精度。      

基于双目视觉的车身焊点定位误差补偿研究

在应用机器人对车身点焊质量检测过程中,其焊点的定位精度受到点焊作业质量以及车身制造误差等因素的影响,导致实际焊点与设计值并不重合。针对传统示教无法对焊点定位进行实时补偿的问题,提出基于双目视觉引导机器人的焊点定位策略,并构建基于改进粒子群算法优化的支持向量机回归误差补偿模型,对定位结果进行补偿。在机器人末端安装双目传感器,利用双目定位原理对焊点进行初步定位,并将焊点位置的测量数据与实际数据作为学习样本,利用训练好的误差补偿模型预测系统定位误差,将补偿结果作为纠偏值引导机器人定位焊点。实验结果表明,补偿后的定位精度得到较大提升,验证了该方法的有效性。     

低轨四星时差定位技术研究

文章重点分析影响低轨四星时差定位系统精度的主要因素;首先,从四星时差定位的基本原理出发,对四星时差定位的模型和几何精度因子进行了详细的推导,并通过仿真分析了四星构型、时差测量精度、卫星位置误差、基线长度、星座投影面积等对四星时差定位系统精度的影响;通过比较可知,在相同参数条件下,采用Y形构形,减小时差测量误差、提高卫星定位精度、增加基线长度,增大星座投影面积均等均能够提高该系统的定位精度;在低轨四星定位系统应用场景中,四星构型、卫星绝对位置测量精度、基线长度以及星座投影面积对四星时差定位系统精度影响较大,时差测量精度和卫星相对位置测量精度对四星时差定位系统精度影响较小;而在实际任务中应权衡各因素的效费比,来保证定位精度。     

无精准同步的小规模水声网络节点相对自定位

提出了一种无精准同步的小规模水声网络节点相对自定位方法。针对节点数量较少的小规模水声网络,利用水声通信在无精准时钟同步的情况下进行节点间测距,进而根据由相邻节点构成的三角形结构校正节点的相对位置。通过仿真得到,在几种典型拓扑结构下,该方法在测距误差不超过10 m时,将初始定位误差降低40%以上。在水声网络自组织的同时进行节点自定位,避免了传统的二次定位过程,节省了节点能耗和定位时间,并在一定范围内提高了定位精度。      

单基阵三维纯方位水下信标声学定位方法

针对水下静止信标的纯方位定位问题,提出一种基于单基阵平台纯方位信息的定位方法。通过水下无人运动平台两次量测的空间角度信息建立非线性方程,利用拟牛顿迭代方法实现稳定数值求解。同时,对量测信息进行预处理和定位后置处理,以进一步提高算法的稳定性和精度。利用计算机模拟水下声传播环境进行定位仿真,结果表明,基于常规波束形成的方位估计结果,在方位量测误差标准差为1°时,所提方法的定位结果相对误差可达3.5%以内。同时,研究了不同方位量测误差条件下、不同海深测量误差条件、观测平台和目标不同态势下定位算法的定位性能。结果表明,此方法可用于对水下静止信标的声学定位,且鲁棒性好。      

扫描深度误差对声图测量的影响及其修正方法研究

声图测量技术是一种适用于近场的精确被动定位技术。为了提高测量精度,分析了扫描深度误差对声图测量的影响,并提出了修正方法。通过理论分析表明对于过阵航行过程,当扫描深度大于目标声源实际航行深度时,误差可以被修正,并可测得目标声源的实际过阵深度;而当扫描深度小于目标实际航行深度时,误差将不能被修正。用理论分析结果处理仿真及海上实验数据,修正效果良好且与理论分析一致。      

基于并行蚁群算法的长基线定位方法*

为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结果表明,该方法具有收敛速度快、解稳定和定位精度高等优点,能有效地降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响。     

基于实孔径成像的水下高速小目标末弹道 测量方法

在没有合作声信标和水下弹道测量系统配合的条件下,传统的基线定位法难以测量水下高速小目标末弹道。文中提出了一种测量高速小目标末弹道的方法,该方法通过在靶标上安装实孔径声学成像系统,发射双曲调频信号保持系统在目标回波多普勒偏移量较大时的输出幅值稳定,并采用频域宽带信号处理技术修正多普勒偏移造成的目标方位测量误差和抑制混响干扰,经过湖上试验,系统获取了较清晰的声学图像,准确分辨出目标位置,能够较精确地测量高速小目标末弹道。     

A study of how temperature field variations affect accuracy in measuring the distance to underwater objects

The paper presents the experimental testing results for an acoustic method that increases the accuracy of measuring underwater object positioning systems; the method is based on application of temperature field measurement data in a water area where an underwater object functions. Measurements conducted in September 2011 in Vityaz Bay of Possiet Bay have shown that application of the method permits a two- to threefold reduction in the positioning error related to the change in the sound propagation conditions.