一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法?(2015年)

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一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法

韩云峰李昭郑翠娥孙大军

A precision evaluation method of USBL positioning systems based on LBL triangulation

Han Yun-Feng Li Zhao Zheng Cui-E Sun Da-Jun

引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 64, 094301 (2015) DOI: 10.7498/aps.64.094301

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物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 64, No. 9 (2015) 094301

一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度

评价方法

∗

韩云峰李昭郑翠娥

†

孙大军

(哈尔滨工程大学水声工程学院, 哈尔滨 150001)

(哈尔滨工程大学, 水声技术重点实验室, 哈尔滨 150001)

( 2014 年 8 月 9 日收到; 2014 年 11 月 15 日收到修改稿 )

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.

关键词: 超短基线定位系统, 定位精度

PACS: 43.30.+m, 43.60.Jn DOI: 10.7498/aps.64.094301

1 引言

超短基线 (USBL) 定位系统广泛应用于水下地

形勘探、声学拖体定位和海洋石油工程中, 其定

位精度是设备性能的主要评价指标. 目前, 国外

有多家成熟的定位系统, 包括法国 IXSEA 公司生

产的 POSIDONIA 系统, 英国 Sonardyne 公司生产

的 Fusion 系统和 Kongsberg 公司生产的 HiPAP 系

统等, 大部分系统的声学定位精度可以达到优于

0.2% 斜距

[1−3]

. 关于超短基线定位系统的研究均

集中在如何提高定位精度上

[4−7]

, 例如采用宽带信

号提高时延估计精度或是改变阵元间距来提高定

位精度, 这些方法在理论上实现了对定位精度的提

高, 但是如何评价系统的定位精度和准确度仍然存

在问题. 而在系统验收时, 如何评价定位系统的精

度和准确度尚没有统一的方法. 通常是在外场实

验过程中, 通过锚底声信标的方式, 采用圆航迹对

锚底声信标进行定位通过定位输出的散点进行统

计分析, 即分析定位结果的起伏程度. 由于海底声

信标的真实位置是未知的, 只能通过统计分析其离

散程度来评价目标的精度, 如何选取统计参数直接

关系到评价精度的结果. 同时, 水下真实位置未知,

对待定目标的准确度无从评价

[8]

. 本文针对此问

题, 分析了采用误差椭圆在无系统误差情况下其精

度的评价方法, 讨论了误差椭圆和统计参数之间的

选取关系. 然后提出了一种采用长基线 (LBL) 的定

位方式, 解算出目标的位置作为参考的真值位置,

评价了待定目标准确度. 根据分析结果总结出了

外场实验评价超短基线定位系统精度和准确度的

评价方法, 并应用在海试数据处理中, 重新处理得

到的定位精度提高了 0.2%, 具有良好的工程应用

价值.

∗

国家高技术研究发展计划 (863 计划)(批准号: 2012AA091401, 2010AA093901) 资助的课题.

†

通信作者. E-mail: zhengcuie@hrbeu.edu.cn

094301-1

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