水下和海底大地坐标的精确测量
水下地形测量内容(一)
水下地形测量内容(一)水下地形测量内容介绍•水下地形测量是指对水下地形进行测量和研究的过程。
•水下地形测量常用于海洋学、地质学、地理学等领域的研究和应用。
测量工具和技术•水下地形测量主要依赖于以下工具和技术：–声纳测深仪（sonar）•使用声波进行测量的一种工具。
•通过发送声波脉冲并记录反射回来的声波来测量水下地形的深度。
–激光测距仪（laser rangefinder）•使用激光束进行测量的一种工具。
•通过测量激光束从仪器到水下地形的反射时间，并结合仪器的位置信息，计算出水下地形的深度。
–卫星测高仪（satellite altimeter）•使用卫星进行测量的一种技术。
•通过测量卫星与水面之间的距离，可以推断出水下地形的高度。
测量应用•水下地形测量在以下领域有着广泛的应用：–海洋地质研究•可以帮助了解海洋地壳的结构和演化过程。
•可以探测到海底火山、地震断层等重要的地质现象。
–海洋生态环境保护•可以评估水下地形的变化对生态系统的影响。
•可以帮助选择合适的海洋保护区域。
–海洋资源勘探•可以探测到海底沉积物、矿藏等资源。
•可以为资源勘探提供重要的地质信息。
–航海安全•可以提供准确的水下地形数据，帮助船舶规避障碍物。
•可以对水下障碍物进行监测和预警。
发展趋势•随着技术的发展和创新，水下地形测量的质量和效率会进一步提高。
•未来可能出现更多高精度、自动化的测量工具和技术。
•水下地形测量在深海、极地等特殊环境下的应用也将得到拓展。
结论•水下地形测量是一项重要而复杂的任务，需要依赖于先进的工具和技术。
•通过水下地形测量，我们可以更好地了解海洋环境、保护生态系统和开发海洋资源。
•随着技术的进步，水下地形测量的应用前景将会越来越广阔。
工程施工水下地形测量方案
工程施工水下地形测量方案一、引言水下地形测量是目前工程施工中非常重要的一项工作，通过测量水下地形，可以为工程施工提供准确的地形数据，为后续工程施工及设备安装提供重要的参考。
本方案着重介绍了在水下进行地形测量的方法和技术，以及实施本方案的步骤和流程。
二、水下地形测量方法和技术1. 水下地形测量方法水下地形测量方法主要有激光测距法、声纳测距法、光纤测距法和测量航测法等。
激光测距法是利用激光发射器和接收器进行测距测量，通常适用于测量较近距离地形。
声纳测距法是利用声波在水中传播进行间接测距，通常适用于较深水域地形测量。
光纤测距法是利用光纤传感器进行地形测量，可以实现连续测量和较高精度。
测量航测法是通过航空或水下无人机进行地形测量，适用于大范围、复杂地形的测量。
2. 水下地形测量技术水下地形测量技术包括多波束声纳测距技术、多普勒测速技术、数字图像处理技术和地形数据建模技术等。
多波束声纳测距技术是通过多个声纳传感器进行地形测量，可以实现对水下地形的快速高精度测量。
多普勒测速技术是利用多普勒效应进行水下水流速度测量，为后续工程施工提供实时水流速度数据。
数字图像处理技术是通过水下相机进行图像采集和处理，可以实现对水下地形的高分辨率图像测量。
地形数据建模技术是根据测量数据进行地形建模，为后续工程施工提供地形模型数据。
三、水下地形测量方案实施步骤和流程1. 前期准备在进行水下地形测量前，需要对测量区域进行调查，了解水下地形特点和环境条件，确定测量方案和技术。
同时需要准备好测量设备和工具，包括声纳传感器、激光发射器和接收器、光纤传感器、水下相机、测量航测无人机等。
2. 测量计划编制根据水下地形特点和测量要求，编制详细的测量计划，确定测量区域范围和测量方式，制定测量路线和测量点位置，确定测量参数和精度要求。
同时需要进行风险评估和安全考虑，确保测量过程的安全和数据的准确性。
3. 测量操作实施根据测量计划，组织测量人员和设备，进行水下地形测量操作。
如何使用测绘技术测量海洋深度
如何使用测绘技术测量海洋深度海洋深度是指从海平面到海底的垂直距离，是海洋测绘中的重要参数。
测量海洋深度有助于我们了解海洋地理、海底地形、海洋生态等方面的知识，对于海洋资源开发、海洋环境保护以及海洋科学研究都具有重要的意义。
在过去，人们使用的测量方法较为简单，远不能满足我们对精确测量的需求。
随着科学技术的进步，测绘技术得到了极大的发展，应用于海洋深度测量也愈加成熟。
本文将探讨如何使用测绘技术测量海洋深度。
一、测绘技术的进步随着科技的发展，测绘技术也得到了长足的进步。
传统的测深方法多采用声波测深，即利用声波进行测量。
而现代的测深技术主要包括多波束测深技术、激光测深技术、卫星雷达测高技术等。
多波束测深技术是近年来较为常用的一种思路。
它通过同时发射多束声波，接收反射回来的声波信号，根据声波的传播速度和回波时间差计算出距离和深度。
这种技术具有测深速度快、精度高的特点，可以大大提高测量的效率和准确性。
激光测深技术是一种应用较为广泛的深度测量方法。
它利用激光束对海洋底部进行扫描，通过测量激光束从发射到接收所需的时间来计算海洋深度。
激光测深技术具有高精度、高分辨率的特点，可以测量较为复杂的海底地形和海洋特征。
卫星雷达测高技术是指利用卫星上搭载的雷达设备对海洋表面进行扫描和测量，从而推算出海洋深度。
这种技术不受天气等因素的影响，可以实现全球范围内的海洋深度测量。
二、测绘技术在海洋深度测量中的应用测绘技术在海洋深度测量中的应用非常广泛。
首先，它可以帮助我们了解海洋地理和海底地形的情况。
通过测量海洋深度，我们可以了解到海洋的分布情况以及海底地形的特点，对于海洋地理的研究具有重要的意义。
其次，测绘技术可以帮助我们研究海洋生态系统。
海洋深度的不同对海洋生物的分布和生态环境起着重要的影响。
使用测绘技术测量海洋深度，可以为海洋生态学研究提供重要的数据支持，帮助我们更好地了解海洋生态系统的结构和功能。
此外，测绘技术还可以用于海洋资源开发和管理。
如何进行海洋测绘与海图制作
如何进行海洋测绘与海图制作海洋测绘与海图制作是一项复杂而重要的任务，对于航海、渔业和环境保护等领域至关重要。
本文将介绍海洋测绘的基本原理、常用的测量方法以及海图制作的流程与技术。
一、海洋测绘的基本原理海洋测绘是通过测量海底地形、水深和海洋地图等数据，对海洋进行精确地勘测和测量的过程。
其基本原理包括测量仪器的选择、观测方法的确定和数据处理的技术。
1. 海底地形测量海底地形测量通常通过声纳测深仪进行，该仪器可以发射声波并测量它们从海底反射回来的时间，进而计算出水深。
这种方法适用于测量大范围的海底地形，但对于复杂地形或浅水区的测量有一定局限性。
2. 水深测量测量水深的方法主要包括测深船和测深杆。
测深船通常配备有精密的水深测量仪器，可以实时显示水深数据，并绘制地形剖面图。
而测深杆则是一种简单但有效的测量工具，通过将杆子垂直放入水中，测量出杆子沉入水中的深度来推测水深。
3. 海洋地图绘制海洋地图是基于测深数据绘制的专业地图。
在制作过程中，需要将测得的水深数据进行分析和处理，如在图中标注水深等信息，并将其与其他地理信息进行结合。
现代技术使得海洋地图的绘制更加精确和多样化，如使用卫星遥感数据、地理信息系统等。
二、海洋测绘的常用方法海洋测绘有多种常用的方法，包括多波束测深、激光测深和地下水位测量等。
下面将介绍其中几种广泛应用的方法。
1. 多波束测深多波束测深利用多个声纳束的重叠区域来测量水深。
这种方法可以提供更为准确的水深图像，并能够实时获取地形信息。
多波束测深在近海和浅水区域的测量中得到广泛应用。
2. 激光测深激光测深利用激光束在水下的传播速度和反射时间来计算水深。
这种方法具有高精度和快速测量的特点，常用于航道测量和水下建筑物的勘测。
3. 地下水位测量地下水位测量主要用于测量海岸线附近的水位。
通常使用压力传感器或浮标来测量水位的变化，进而推测出水面的高度和变化。
三、海图制作的流程与技术海图制作是根据测深数据和其他地理信息制作专业的航海图。
多点测量提高海底目标定位精度方法
在 目标 船 上 用 同 样 的 水 声 应 答 装 置 通 过 测 量 计 算 出 目标 的 水 下 相 对 坐 标 。 目标 船 上 的应 答 器 的 大地 坐标 用 Ｇ Ｓ 测 定 。 Ｐ网 之 后 ， 过 坐 标 系 转 换 ， 将 目标 水 下 相 对 坐 标 转 换 为 大 地 通 就
下 对 海 底 目标 进 行 测 量 定 位 可 达 到 较 高 的 测 量 可 信 度 。
关 键 词 ：水 下 目标 ； Ｐ Ｇ Ｓ定 位 ； 声 定位 ； 水 多点 测 量 中图分类号 ： Ｂ ６ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ４ ６３ （０ １ １－ ０ ３ ０ １ ７ — ２ ６ ２ １ ）８ ０ ９ － ３
（ Ｌ １ ３ ， ａｉ １ ０ １ Ｃ ｉａ Ｐ Ａ ９ ４ ９ Ｄ ｌ ｎ １ ６ ４ ， ｈｎ ） ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓｏ ｅ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｎ ｅ ｅ ｒ ｅ ｓ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ Ｓ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｎ ｃ ｕ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｂ ｎ ｌ ｚｎ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｆ ｈ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｄ ｒ ａ ｔ ｇ ｔ， ｏ ｉ ｅ ｔ ＧＰ ｏ ｉ ｏ ｉｇ ａ ｄ ａ ｏ ｓｉ ｉ ｃ ｔ ｏ ｕ ｓ ａ ｈ ｉ ｃ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ， ｈ ｓ ａｔ ｌ ｉ ｅ ｒ ｃ ｉａ ｔ ｏ ｆ ａ ｇ ｔ ｇｔ ｅ ｓ ａ ｅ ． ｙ ｄ ｔｉ ｄ ａ ａｙ ｉ ｏ ｅ ｍｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｔ ｉ ｒｉ ｅ ｇｖ ｓａ ｐ ａ ｔ ｌ ｉ ｃ ｃ ｍｅｈ ｄ ｏ ｒ ｅ ｉ ｅ ｂ ｄ Ｂ ｅａ ｌ ｌｓｓ ｆ ｈ ｌ 呻 ｉ ｔ ｔ ｎ ｈ ｅ ｎ ｔ ｉ
海洋测绘的基本原理和方法
海洋测绘的基本原理和方法海洋是地球表面最广阔的一部分，其广阔性和复杂性使得海洋测绘成为探索和理解海洋的关键。
海洋测绘是一门专门研究海洋地貌、水深、地壳形变等海洋特征的科学和技术领域，对于海洋资源开发、地理信息系统建设以及海洋环境保护具有重要意义。
本文将从海洋测绘的基本原理和方法两个方面进行介绍。
一、海洋测绘的基本原理1. 大地测量原理在海洋测绘中，大地测量是基础和核心。
大地测量的基本原理是通过测量地球表面上的点位，确定其位置坐标和高程信息。
在海洋测绘中，利用全球定位系统(GPS)等技术确定测量点位，进而确定海洋地形和海底地貌。
2. 测距原理测距是海洋测绘中的关键问题。
目前常用的测距方法有声速测距、电磁测距和光学测距等。
其中，常见的声速测距方法是利用声速在不同介质中传播速度不同的特点，通过发送声波信号测量声波的传播延时和回波信号的强度，从而计算出水深。
3. 影像测量原理影像是海洋测绘中获取信息的重要方式之一。
通过航空摄影、卫星遥感等技术获取海洋的遥感影像，利用影像处理和解译技术，可以获取海洋地貌、水流、水温等多种信息。
二、海洋测绘的方法1. 潜水器法潜水器法是通过潜水器和水下摄像设备获取海底地貌和水下生态信息的方法。
潜水器可以搭载相机、声纳等设备，通过船载操作控制潜水器下潜到一定水深处进行测量。
这种方法适用于浅海测绘，可以获取高精度且详细的海底地貌信息。
2. 声学测量法声学测量法是利用声速测距原理获取海底地貌和水深的方法。
通过发送声波信号，测量声波的传播延时和回波信号的强度，从而计算出水深和海底地貌。
这种方法适用于远洋海域的测距测深，具有较高的效率和精度。
3. 卫星遥感法卫星遥感法是利用卫星遥感技术获取海洋信息的方法。
通过卫星上搭载的多光谱影像仪、合成孔径雷达等设备，可以获取大范围的遥感影像。
通过影像处理和解译技术，可以获取海洋地貌、水流、水温等信息。
这种方法适用于大范围的海洋测绘，具有广覆盖和快速获取信息的特点。
海底大地基准点圆走航模式定位模型及分析
海底大地基准点圆走航模式定位模型及分析在海洋环境中，对于海底地壳的定位是一项重要的任务。
海底大地基准点的定位是海底地壳测量的基础，对于海底地质研究、海洋资源开发等领域具有重要的意义。
海底大地基准点圆走航模式是一种常用的定位方法，本文将对其进行定位模型及分析。
具体的定位模型如下：假设圆的圆心为P(Xp,Yp)，圆的半径为R，船只初始的位置为S(Xs,Ys)，其中的位置坐标为经度和纬度。
1.圆心的定位船只在一定范围内连续绕圆航行，并测量每一次经纬度的变化量。
设第i次测量的经纬度分别为(Xsi, Ysi)，则有：(Xsi - Xs)^2 + (Ysi - Ys)^2 = R^2通过测量多个点的经纬度变化量，可以得到多个方程，从而求解圆心的位置坐标。
2.圆的半径的定位在圆心定位的基础上，测量圆上任意一点的经纬度，设该点的坐标为T(Xt,Yt)，则有：(Xt-Xp)^2+(Yt-Yp)^2=R^2通过测量多个点的经纬度，可以得到多个方程，从而求解圆的半径。
通过圆心位置和圆的半径，可以确定海底大地基准点的位置。
该定位模型的分析如下：1.精度分析在实际测量中，受到多种因素的影响，可能会引入误差。
例如，海洋环境中的水流、风力等因素会影响船只的航行轨迹；测量仪器本身的精度也会对测量结果产生影响。
因此，在实际应用中需要对误差进行分析和评估，以确定定位结果的精度。
2.时间分析圆走航模式需要船只在一定范围内连续绕圆航行，这就需要耗费大量的时间。
通过分析船只的航行速度和航行轨迹的大小，可以评估定位任务所需的时间。
3.可行性分析综上所述，海底大地基准点圆走航模式是一种常用的海底地壳定位方法。
通过船只在一定范围内连续绕圆航行，并测量圆心和圆上点的经纬度变化量，可以确定海底大地基准点的位置。
该定位模型的精度、时间和可行性等方面需要进行详细的分析，以确保定位结果的准确性和可行性。
测绘技术中的水下地形测量技术方法
测绘技术中的水下地形测量技术方法近年来，随着科学技术的不断发展，水下地形测量技术在测绘领域中扮演着愈加重要的角色。
水下地形测量技术具有广泛的应用领域，如海洋工程、河流治理、水利建设等。
本文将介绍几种常见的水下地形测量技术方法，以探索其原理、特点及应用范围。
首先，我们来了解一种常见的水下地形测量技术——声纳测深法。
声纳测深法利用声波在水中传播的原理，通过发射声波并记录回波的时间和信号强度来计算目标水下地形的深度。
由于声波的传播速度在水中是已知的，因此可以根据回波的时间确定目标地形的深度。
这种方法适用于测量深海、湖泊等特殊环境下的地形，并且具有测量范围广、精度高的优点。
它被广泛应用于海洋资源勘测、海底地质调查等领域。
其次，我们来介绍另一种常用的水下地形测量技术——激光测距法。
激光测距法利用激光器发射激光束，并通过接收器记录返回的光信号，从而确定目标地形的距离。
这种方法适合于近距离测量，并且具有高精度和快速测量的特点。
激光测距法广泛应用于水利工程、城市建设等领域，如测量河床的高程、建筑物的结构等。
然而，由于激光光束在水中传播时会发生衰减，因此在水下环境中应用时需要考虑光线的衍射和散射，以提高测量精度。
此外，水下地形测量技术中还存在一种常用方法——多波束测深法。
多波束测深法通过同时发送多个声波束，并记录回波的时间和强度，以确定目标地形的深度和形态。
多波束测深法相比于传统的声纳测深法有着更高的测量精度和分辨率。
该方法广泛应用于海洋测图、河流边界划定等领域。
同时，该方法还可以获取地形的三维数据，为后续的地形分析和建模提供了重要数据支持。
除了这些常见的水下地形测量技术方法，还有一些新兴的技术正在被应用于水下地形测量领域。
例如，无人机测量技术的发展为水下地形测量带来了新的机遇。
无人机可以携带各种传感器设备，在空中进行水下地形测量，无需直接接触水体。
这种方式不仅能够提高测量的安全性和效率，还能够获取更广阔的测量区域。
使用无人船进行水下地形测绘的步骤和技巧
使用无人船进行水下地形测绘的步骤和技巧概述水下地形测绘是一项重要的任务，用于获取水下地形的形状和特征。
无人船技术的发展使得水下地形测绘不再受到人力和物力的限制，大大提高了效率和准确性。
本文将探讨使用无人船进行水下地形测绘的步骤和技巧。
1. 确定测绘区域在开始水下地形测绘之前，首先需要确定测绘的区域。
根据实际需求和目标，选择合适的水域范围进行测绘。
此外，还需要考虑测绘的深度范围和水下环境的复杂程度，以确定使用的无人船和传感器的性能要求。
2. 选择适当的无人船和传感器根据测绘任务的需求，选择适当的无人船和传感器非常重要。
不同的无人船和传感器具有不同的特点和适用范围。
例如，对于浅水区域的测绘，可以选择悬挂式无人船，它可以携带多种传感器进行测量。
而在深水区域，可以选择自主式无人船，它具有较好的稳定性和控制性能。
传感器的选择也是关键因素。
常用的水下地形测绘传感器包括声纳、多波束声纳、激光扫描仪等。
根据所需的精度和分辨率，选择适当的传感器进行数据采集。
3. 制定测绘计划在开始测绘之前，需要制定详细的测绘计划。
首先要确定测绘的目标和需要获取的地形数据类型。
然后，根据测绘区域的大小和深度，确定航线和采样点的分布。
此外，还需要考虑船体的移动速度、控制点的设置以及数据的处理和存储方式。
4. 进行测绘操作在开始测绘之前，需要进行必要的准备工作。
保证无人船的各项设备正常运行，检查传感器的校准情况，并确保无人船与地面控制站的通信畅通。
开始测绘后，无人船根据预定的航线进行巡航，同时激活传感器进行数据采集。
可以根据需要调整航线和采样点的分布，以确保获取到足够的数据覆盖目标区域。
5. 数据处理和分析完成测绘任务后，需要对获取的数据进行处理和分析。
首先，将采集到的原始数据进行预处理，包括去噪、滤波和校正等操作。
然后，使用专业的软件对数据进行处理，生成水下地形的三维模型和地形图。
在数据分析过程中，可以使用现有的水下地形分析方法，如地形剖面分析、水深图绘制、地形变化监测等。
海洋测量控制点精度指标
海洋测量控制点精度指标首先，海洋测量控制点的精度指标包括水平位置精度和垂直位置精度。
水平位置精度是指控制点在水平方向上的位置测量准确程度，通常用水平直角坐标系下的误差来表示，例如以米为单位的误差。
垂直位置精度是指控制点在垂直方向上的位置测量准确程度，通常用高程值的误差或标高差来表示，例如以米为单位的误差。
水平位置精度的评估可以通过测量控制点之间的相对精度、绝对精度和控制网精度来进行。
相对精度是指控制点相对于其他控制点的位置准确程度，可以通过比较相邻控制点的位置测量数据来衡量。
绝对精度是指控制点的位置测量准确程度，可以通过与已知水准控制点进行比较来衡量。
控制网络精度是指控制点相对于控制网络的精度，可以通过计算整个控制网络的平差误差来评估。
垂直位置精度的评估可以通过与已知水准控制点进行比较来进行。
通常，需要进行水准测量和水准平差来确定控制点的垂直位置。
平差结果中的标高差就是控制点的垂直位置误差。
海洋测量控制点的精度指标具有重要的意义。
首先，它们可以评估测量数据的准确性，确保测量结果的可靠性。
准确的控制点可以为海洋测量提供良好的基准，从而提高测量数据的精度和可信度。
其次，精度指标可以用于检验和验证测量仪器和技术的性能。
如果控制点的精度不符合要求，就需要重新评估或替换测量仪器和技术。
此外，精度指标还可以用于比较不同测量方法和技术的表现，选择最合适的测量方案。
提高海洋测量控制点的精度有多种方法。
首先，选择合适的测量仪器和技术是关键。
现代的卫星导航系统、测距仪、水准仪等高精度仪器可以提供更准确的测量数据。
其次，加强测量仪器的校正和维护，确保其性能稳定和准确。
定期进行仪器校正和维护，包括检查仪器的准确性、灵敏度和稳定性等方面。
此外，合理规划和布设控制点，考虑到地形、测区尺度和测量任务的要求等因素。
合理的控制点布设可以提高控制点之间的相对精度和绝对精度。
最后，对测量数据进行精确的处理和分析，采用适当的数据平差方法和精度评定模型。
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文章编号:1009-671X(2003)09-0019-03水下和海底大地坐标的精确测量张 炜1,王大成2(1.中国人民解放军91550部队,辽宁大连 116000;2.哈尔滨工程大学水声工程学院,黑龙江哈尔滨 150001)摘 要:潜艇水下高精度定位,长期以来一直是水下导航定位领域的一个难题.为了解决潜艇在水下长时间航行过程中的高精度定位问题,提出了一种比较实用的解决方案.该方案构建了由DGPS 定位和水声定位相结合的水下定位系统.系统采用系缆浮筏作为潜艇,利用DGPS 进行水下定位的中继站,利用水声相对定位技术将DGPS 水面定位向水下延伸,使潜艇在工作潜深就可以直接获得自身的大地经纬度坐标.系统将DGPS 的优良性能与超短基线在水下定位中的优势很好地结合在一起,其定位精度可以保证与DGPS 水面定位精度在同一量级.关 键 词:DGP S;高精度;水下定位中图分类号:T B568 文献标识码:APrecision measurement of coordinates of underwater and sea bedZHANG Wei 1,WANG Da cheng 2(1.T he Chinese Peo ple s Liberation Army No.91550,Dalian 116000,China;2.School of U nder water Acoust ic Engineer ing ,Harbin Eng ineering U niversity ,Har bin 150001,China)Abstract:For a long time,high precision positioning for underw ater submarine has been a difficult problem in the field of underw ater navigation and positioning.The traditional positioning for submarine depends on inertial navigation system (INS).But the positioning error of INS accumulates along w ith time.In order to solve the problem of high precision positioning for underw ater subm arine,this paper proposed a relatively practical scheme.T his scheme constructs an underw ater positioning system based on the combination of DG PS and acoustical positioning.This method makes use of acoustical relative positioning technique for ex tend ing the DGPS positioning technique for surface applications to underw ater cases.With this positioning sys tem ,the submarine can directly get its long itude and latitude,and the positioning precision can ensure the same level as the surface application cases of DGPS.Key words:DGPS;high precision;underwater positioning 大地坐标点的测量有两种工作状态需要考虑.第一,水中和海底运动目标大地坐标的实时测量.这在ROV 、水下机器人等的水下作业和潜艇、潜器、水下无人作战平台等军事武备水下实验过程中是经常遇到的.第二,固设于海底处的大地测量控制点坐标的测量.这是被称为 海洋大地测量!任务的一项基础性工作[1],它对于潜艇水下航行、各种水下作业、海底地图测绘等有重要作用.近年来,由于差分式全球定位系统(DGPS)和高精度水声定位技术的飞速发展,为水下以及海底高精度大地坐标的精确测量提供了更先进的技术手段.尤其是国家海事局在北起大三山、南至防城和三亚港,沿整个海岸线建成的包括总计有20个差分站组成的RBN/DGPS 系统,使无线电差分信号有效地覆盖了我国以海岸为基线的大约300km 的水域范围.再加上美国出于自身商业利益的考虑,取消了C/A 码上的精度干扰,使得DGPS 系统的应用更加方便和有效.近年来国内外的水声定位技术不断发展,定位精度不断提高,轻便易用的超短基线水声定位系统(USBL 系统)原有的相位模糊(目标定位位置跳象限)、在与基阵面垂直向下的方向和水平方向存在低精度区等缺点,已被克服,加上采用一系列的近代信号处理技术,使USBL 系统能以稳定的高精度测量结果参与水下或海底点坐标测量系统[2,5].收稿日期:2002-06-28.作者简介:张 炜(1961-),男,工程师,主要研究方向:测控技术.第30卷第9期 应 用 科 技 Vol.30,∀.92003年9月 Applied Science and Technology Sep.20031 DGPS U SBLS联合水下定位系统差分式全球卫星定位系统(DGPS)和超短基线水声定位系统(UBSLS)组成的测量系统可以有效地解决水下和海底目标的高精度定位问题.系统的构成,简而言之,就是用安装在舰船、浮标、浮筏上的DGPS接收机,测量其天线所在位置的精确大地坐标、用安装在上述载体上的U SBLS 系统,测量安装在水下被测大地点或被测目标上的声信标在载体坐标系中的位置,经过坐标转换可以获得被测点或目标的大地坐标.对于潜艇、潜器、水下无人作战平台等运动目标,更重要的是运动物体对自身大地坐标的精确掌握.这时系统配置需要倒置,即将USBL系统安装在水下运动物体上,可以利用已经安装在海洋大地测量控制点上的编码声信标定位.而对于一些小水域工作的情况,通过武器试验系统,可以利用安装在船上、浮筏上、浮标上的信标定位,同时利用水声通信或电缆传输将其DGPS的大地坐标传送到水下运动物体中,从而解决水下物体的绝对位置测量问题.现有试验系统表明,在一定条件下这是解决水下运动物体位置测量的有效手段.2 DGPS#水声测距联合水下定位系统[3,4]水声测距与水声定位不是一件事,定位!一般是指在利用多个基元测量目标#基元的斜距的基础上进行球面或双曲面交汇解算,确定目标坐标的过程.而水声测距仅仅是斜距的测量,其精度仅取决于信号的传输时间和声速的测量误差,因此可以获得很高的测量精度.这为高精度海底大地测量点的高精度定位提供了可能.传统做法为最小距离法[1],即定标船在水底声信标上方航行,以最小距离作为目标深度,进而可以根据船位估计水平参数.在实践中的作法是,简单地在水面以任意曲线绕信标航行一圈(如图1).在航行中不断与信标应答(或同步定时)测距得r(t i),i=1,2∃n,计算机自动记录t i时刻水面船DGPS大地坐标(X i,Y i,Z i),任取其中3点建立下列方程: (X j-x l)2+(Y j-y l)2+(Z j-z l)2=r(t jl)2,j=1,2,3式中:(x l,y l,z l)为海底信标待测坐标,图中画出3枚信标,所以l=1,2,3.在高精度压力测深技术支持下,以平均海平面为基准的z l可以0.1%精度被精确测量.用大量测量数据对(x l,y l,z l)进行平差和拟合[3],可以获得 =1-2m的定位精度.我国渤海湾水域底形平坦,平均深度60m左右,是我国海洋石油、海洋工程、海底电缆,直至海军训练和武备试验的重要地区,有计划有步骤的建立一系列海洋大地测量控制点不但是必要的,而且也是方便可行的.如上所述的控制点的定标方法快捷、高效、精确,为固定的或临时布设的海底测量点定标提供了技术支持.图1 海底信标定位航迹3 动态测量的坐标转换和姿态修正安装在水面舰船、浮标、浮筏之上的DGPS天线被架高在载体的顶部,水声发射信标或USBLS 的声头必然安装在载体底部,二者可能有很大的垂直和水平距离(图2(a),只画出垂直距离),当载体有摇摆时,作为水声定位系统的基准点(声信标或USBLS系统声头,即基阵)与DGPS大地坐标测量基准点(DGPS天线)有很大的误差(图2(b)).所以在第2、3节中提到的2种联合定位方法面临同样的坐标转换和误差修正问题,简要说明如下.在WGS 84坐标系内,GPS系统(天线)的坐标设为[X,Y,Z],以DGPS天线中心为坐标原点,向下与舰船甲板垂直方向为z轴正向,x轴正向指向舰首,依照右手系建立空间直角坐标系,记为G-xyz.声信标中心T在此坐标系中的坐标值为(x0, y0,z0),其中z0=-1为高差.利用船上罗经和垂直参考单元测得其航向角 、纵摇角、横摇角!,大地坐标传递到水声发射换能器,设为(x,y,z),依据Karden坐标旋转规则,有xy z =XYH1000cos!sin!0-sin!cos!cos0sin010-sina0coscos sin 0-sin cos 0010x0y0z0.%20%应 用 科 技 第30卷图2 舰船摇摆误差在前述DGPS U SBLS联合定位方法中,利用U SBL定位结果及水下运动目标的方位姿态角,用完全类似的关系可将(x,y,z)传递到水下坐标,值得注意的是潜艇、潜器、无人作战平台等运动目标的定位中,由于运动目标自身的摇摆,类似的姿态修正必须同样进行.本文不予赘述.现对定位误差估计如下.对位置精度有影响的因素是:1)DGPS系统精度亚米级设备,标称精度0.75m(RMS);渤海湾地区试验水域据最近基站的距离均小于100km;美国SA政策已经关闭,利用C/A码的直接定位精度提高一个数量级(从100m提高到10m);因此,DGPS系统误差可取1.5m.2)船上罗经和垂直参考单元 、、!的测量精度.通常摇摆角&10∋之内时测角精度0.1∋.3)发射水听器声学中心与DGPS天线中心之间的距离及其误差.距离可为10~30m,但是简单的机械测量误差可以忽略不计.4)水声测距系统误差如前所述,精度可以非常容易地达到分米级,例如,取0.15m.5)对DGPS U SBLS联合定为方法,另有:a)水声定位系统误差:现在可以做到0.25%S,S为斜距;b)潜艇内垂直参考单元的测量精度;c)水声定位基阵在艇上安装位置的误差.在上述参数估计范围内,根据定位作业其他条件,例如距离、海况、干扰等,可以估计定位误差的具体数值.实践证明,在渤海湾地区从较近的距离到一个中等的距离上,1~10m的定位精度是容易达到的.4 结束语水下目标的定位、测速、姿态等测量无论对于民用还是军用都是非常重要,但往往也相当困难的,尤其是以变化起伏很大的海洋环境为背景,测量精度的提高是困难的.近年来,91550部队与哈尔滨工程大学水声研究所合作,开发了若干海军水下武器测量实验所需的新型装备,包括本文所涉及的水下精确定位设备,为改善武备测量实验条件发挥了很好的作用.参考文献:[1] 李泽涛.用于AU V导航高精度定位系统研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,1996.[2] 丁士圻.水下目标大地坐标测量[J].海洋工程,1996,14:1-5.[3] 彭光宇,赵明才.海洋测量定位与计算[M].武汉:测绘出版社,1987.[4] ZAK NICH A.AT S:a new generation acoustic positionsystem[J].Sea T echnolog,1989(3):25-23.(上接第10页)3DSP软件的设计DSP软件采用T I公司54系列DSP汇编语言编制,主要包括DSP的初始化,UART的初始化及中断服务子程序等.DSP接收上位机的数据采用中断方式,每当上位机串口数据到达,UART 的DR管脚会产生上跳沿,经反相后触发DSP的INT0中断,DSP在INT0的中断服务子程序中利用并行总线从UART读取数据.DSP发送数据时,直接把数据写到UART中,当数据发送完毕后,UART内部产生一标志位,DSP通过读取该标志位可以判断数据是否已经发送完毕.4 结束语DSP和上位机之间的通信,广泛地采用DSP +UART+电平转换+PC机模式,笔者设计的通信电路已应用到具体工程项目上,在实践中验证了这种方法的可行性与可靠性.参考文献:[1] 李 刚.数字信号微处理器的原理及其开发应用[M].天津:天津大学出版社,1998.[2] 戴明桢.T M S320C54X DSP结构、原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.[3] 范逸之.V isual Basic与R S232串行通讯控制[M].北京:中国青年出版社,1998.[4] 彭启琮.T M S320C54X实用教程[M].成都:电子科技大学出版社,1999.%21%第9期 张 炜,等:水下和海底大地坐标的精确测量。