水下目标定位标校系统研究

论文摘要

随着海洋开发步伐的加快,水声定位技术正受到越来越多的关注。水声定位系统的研制方特别是接收方需要对系统的定位精度进行校验,以便检测系统的精度或者验收系统。本文以高精度水下目标定位标校系统的研制为目标,对标校系统的硬件设计、定位精度、相关算法和软件设计进行研究,最后给出陆上验证试验结果。为了给出水下目标的精确位置,本文设计了以浮筒作为载体的水下目标定位标校系统平台,相比于船载式平台,浮筒具有更大的灵活性。研究了影响系统定位误差的相关因素：水下圆柱杆的挠曲变形、航向角测量误差和纵倾横摇角测量误差、GPS数据和方位姿态仪数据同步误差、硬件安装误差和GPS定位误差等,并分析了系统的综合定位精度。介绍了WGS-84坐标系到BJ-54坐标系的转换方法和转换程序设计算法。利用GPS定位数据和方位姿态仪测量数据,通过水下基准坐标变换,解算出水下基准的大地坐标。根据系统要求利用VC++6.0设计编写了标校系统显控软件,利用两个串口实时同步地接收GPS和方位姿态仪数据,解算出水下基准位置坐标,可实时显示GPS天线点和水下目标点的运动轨迹,保存数据并可对数据进行回放。最后,对标校系统进行了陆上验证试验,详细分析了试验中引入误差的相关因素,对试验数据的分析结果表明,作为模拟目标的水下基准的定位误差满足精度指标要求,可为水下目标定位系统提供高精度的海上位置标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景和意义
• 1.2 水下目标定位及标校技术发展与现状
• 1.3 工作任务与论文结构
• 第2章 水下目标定位标校系统组成
• 2.1 标校系统平台
• 2.1.1 船载式标校系统
• 2.1.2 浮筒式标校系统
• 2.2 GPS设备
• 2.3 方位姿态仪
• 2.4 本章小结
• 第3章 标校系统定位精度分析
• 3.1 圆柱杆的挠曲变形
• 3.1.1 圆柱杆载荷分析
• 3.1.2 圆柱杆挠曲分析
• 3.1.3 圆柱杆挠曲形变仿真研究
• 3.2 航向角测量误差
• 3.3 纵倾横摇角测量误差
• 3.4 数据同步误差
• 3.5 硬件安装误差
• 3.5.1 圆柱杆水平错位偏差
• 3.5.2 圆柱杆倾斜偏差
• 3.6 系统综合定位误差分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 标校系统显控软件算法及设计
• 4.1 WGS-84坐标系到BJ-54坐标系的转换
• 4.1.1 两种坐标系简介
• 4.1.2 转换原理
• 4.1.3 转换模型
• 4.1.4 转换程序设计
• 4.1.5 坐标转换结论
• 4.2 水下基准坐标变换
• 4.3 系统显控软件设计
• 4.3.1 软件结构
• 4.3.2 数据处理
• 4.3.3 数据显示及回放
• 4.4 本章小结
• 第5章 陆上验证试验
• 5.1 试验目的及方法
• 5.2 试验内容
• 5.3 试验结果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢