论文题目: 长程超短基线定位系统研制
论文类型: 博士论文
论文专业: 水声工程
作者: 喻敏
导师: 惠俊英
关键词: 水声定位系统,定位算法,相位校准,超短基线的海上校准
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水声定位系统在海洋科学领域应用广泛，但原有系统大多或设备庞大、操作复杂，或定位范围小、精度低，很难真正满足使用需求。声学、信号处理理论逐步成熟；电子技术，如DSP、DGPS技术的发展，为我们提供了开发更先进的定位系统的可能。 本论文的主要工作包括国家“863”计划中的课题——长程超短基线系统的总体设计研究与实现，声基阵相位校准和海上系统安装误差校准试验的方案设计研究，最后通过试验验证系统的工作性能。 系统的总体结构设计是决定一个系统性能好坏的关键因素。本系统由水声定位系统、船姿态测量系统和GPS定位系统三大部分组成，其中基线基阵结构改进是系统设计的独特之处，使系统可以实现了高精度的目标定位。文中分析了整个系统的误差来源，介绍了系统定位解算的方式，并且对声换能器基阵、应答器功能、收发单元组成及主控软件也进行了论述。 根据对系统误差分析可知，除了提高输入信噪比，可以提高整个系统定位性能，有效控制系统的测向误差也是系统实现高精度定位的关键。本文从高精度定位算法、声基阵相位校准及海上安装误差校准，这三个方面介绍如何提高系统的测向精度，减少系统相位误差，提高系统在远距离的定位精度。 传统的超短基线定位系统基阵尺寸小便于安装，但其定位误差随着作用距离增加而迅速增加，影响了超短基线在深海作业中的应用。由于在远距离误差发散快，超短基线作用距离不远，其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要，提高超短基线远距离的定位精度，文中提出改进超短基线定位精度的两种方法，一种方法是通过改进基阵阵形，从而加大基阵孔径提高定位精度；另一种是通过使用宽带信号测向，采用相关峰内插时延估计的方法。经计算机仿真，通过两种方法改进后的超短基线系统定位精度都得到不同程度的提高。 由于本系统的声基阵是多元基阵，不同阵元间存在的附加相移会直接影响系统定位精度，是需要校准和补偿的相移量。文中针对本系统声基阵相位
论文目录:
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 水声定位系统研究概况
1.3 论文研究内容
第2章 长程超短基线定位系统设计分析
2.1 概述
2.1.1 系统功能及技术指标
2.1.2 超短基线定位基本原理
2.2 系统组成
2.2.1 水声定位单元
2.2.2 船坐标参考单元
2.2.3 大地坐标参考单元
2.3 系统误差分析
2.3.1 水声定位误差
2.3.2 姿态导航设备误差
2.3.3 定位精度分析
2.4 高精度定位原理
2.5 本章小结
第3章 长程超短基线定位算法
3.1 单频信号定位
3.1.1 自适应 LMS算法
3.1.2 自适应相位差估计器
3.1.3 算法优化
3.1.4 仿真计算
3.2 宽带信号定位
3.2.1 宽带信号定位原理
3.2.2 时延估计三点内插算法推导
3.2.3 仿真计算
3.3 本章小结
第4章 声基阵相位校准
4.1 声基阵校准的方法
4.2 基于最小二乘估计的声基阵校准方法
4.2.1 非线性最小二乘法原理
4.2.2 校准原理和方法
4.3 校准测量误差分析
4.3.1 非线性模型线性化误差
4.3.2 基阵坐标安装角度误差
4.3.3 其它误差
4.4 水池校准试验
4.4.1 阵元间附加相移
4.4.2 实验误差分析
4.5 本章小结
第5章 海上校准声基阵安装误差
5.1 超短基线系统坐标
5.1.1 系统坐标系
5.1.2 坐标转换
5.1.3 坐标计算
5.2 超短基线系统海上校准算法
5.2.1 系统安装角度误差估计
5.2.2 海底应答器位置估计
5.3 校准算法改进
5.3.1 迭代最小二乘
5.3.2 贯序最小二乘
5.3.3 稳健估计法
5.4 超短基线系统海上校准方案
5.5 本章小结
第6章 水声定位系统的主要组成
6.1 声头换能器阵
6.1.1 声基阵指标分析
6.1.2 声头换能器指标设计
6.1.3 声头整体结构
6.2 应答器设计
6.2.1 应答换能器及结构设计
6.2.2 水声应答器功能概述
6.2.3 应答器应答模式
6.2.4 应答器通信模式
6.3 系统收发单元
6.4 系统主处理机
6.5 本章小结
第7章 LR_UBSL系统实验与验证
7.1 松花湖湖试
7.2 青岛浅海实验
7.2.1 单只应答器位置测量
7.2.2 系统安装误差校准
7.2.3 单应答器定位精度考核试验
7.2.4 多目标跟踪的实现
7.2.5 浅海试验结论
7.3 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录 系统设备近照
发布时间: 2006-10-13
参考文献
- [1].超短基线系统安装校准技术研究[D]. 杨保国.哈尔滨工程大学2013
- [2].水下高速运动目标轨迹测量技术研究[D]. 李想.哈尔滨工程大学2011
- [3].短基线定位关键技术研究[D]. 李壮.哈尔滨工程大学2013
- [4].深海水声应答器定位导航技术研究[D]. 兰华林.哈尔滨工程大学2008
相关论文
- [1].水下高速运动目标轨迹测量技术研究[D]. 李想.哈尔滨工程大学2011
- [2].浅海水声定位技术及应用研究[D]. 孙万卿.中国海洋大学2007
- [3].水下动目标被动跟踪研究[D]. 岳剑平.哈尔滨工程大学2004
- [4].差分GPS水下定位系统集成关键技术研究[D]. 蔡艳辉.辽宁工程技术大学2007
标签：水声定位系统论文; 定位算法论文; 相位校准论文; 超短基线的海上校准论文;