CN114234932A - 一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置，所述方法包括以下步骤：设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器；以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，通过倒长基线定位原理、传递基准值和平均水位计，分别获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据。装置包括：处理器和存储器。
Description
技术领域
本发明涉及水下导线测量领域，尤其涉及一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置，即该方法可以同时获取到三类数据。
背景技术
海洋是人类可持续发展的重要空间，贮藏着丰厚的自然资源，也同时是影响全球环境和气候变化的主要动力因素。无论是海洋资源开发、海上经济活动、海洋权益维护还是海洋科学研究，海底地形(图)都是一项必不可少的基础地理信息。海底地形反映了海洋底部固体表面的起伏状态，海底地物分布以及海底地质类型要素。海底地形的表示主要依赖于海底观测数据的积累、分析和认知。
传统的水深测量技术，连同高精度卫星定位技术、动态姿态监测技术、多波束测深***等现代技术丰富了海底地形数据获取手段，但是在海底地形数据表达和应用方面，依旧面临着诸多问题，由于垂直基准的不同，只是由原始的观测数据，不能科学和客观地反映出海底的形态、结构和变化。与地表观测数据相比，海底观测数据涉及大地水准面，深度基准面和参考椭球面等，同时获取多个不同的垂直基准的海底观测冗余数据是海底地貌数据综合、构建海底地形模型的基础，然而这些多源海底观测数据的时态、数据模型、空间基准、尺度、精度等都存在差异，无论是海底地貌的表示还是海底底质的研究，都会涉及到多源海底观测数据的归一化问题，因此需要实现海洋多基准数据变换、多基准数据综合，揭示地球重力场、潮汐场与几何场的关系。
发明内容
本发明提供了一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置，其目的在于揭示海洋多垂直基准的变换关系，实现多源海底观测数据基准的归一化，推进海洋几何特征的精细刻画，旨在形成一个新的海底地形数据表示方法，深层认知海洋动态变化，详见下文描述：
第一方面，一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，所述方法包括以下步骤：
设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器；
以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，通过倒长基线定位原理、传递基准值和平均水位计，分别获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据。
其中，所述设计水下导线测量模式具体为：
从水准点出发，通过逐段测量船***置、姿态以及水声传播距离，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
进一步地，所述通过倒长基线定位原理获得海底控制点的大地高具体为：
在海底布设有n个水下控制点，每个水下控制点是由四个收发换能器组成的倒置超短基线***，布放船围绕海面航行圈通过测船上GNSS设备采集数据；
通过在水面多点测量海底单个控制点的回波时间，并结合三点定位原理、水面GNSS位置和最小二乘法最优解求解单个水下控制点的位置和大地高；
结合四个收发换能器安装位置，最终确定出水下控制点几何中心处的大地高。
其中，所述通过传递基准值获得海底控制点的正常高具体为：
采用岸边基准站或验潮站的正常高H0为基准值，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船或水下探测器作为核心观测仪器；
辅以验潮仪或水位计，由陆地GNSS水准点出发，通过逐段测量水面测量船的位置、与水下控制点的角度以及水声传播距离，逐个传递正常高数据，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
在一种实施方式中，所述通过平均水位计获得水深具体为：
在各个水下控制点装配水位计，等效为单个控制点的水深高度，并结合附近验潮站L值和同步验潮观测值，最终转化为以深度基准面为参考的水深。
其中，所述水下控制点的电路结构包括：处理控制单元、AD/AD转换模块、信号预处理电路、收发合置转换电路、收发换能器、供电单元；
所述处理控制单元控制信号的发射与接收并完成信号解算，AD/AD转换模块负责数字信号和模拟信号的转换，信号预处理电路负责发射信号的放大处理以及接收信号的滤波放大处理，收发合置转换电路防止放大后的发射信号逆流，收发换能器通过声电转换完成声信号的发射和接收，供电单元负责整体电路的电源。
在一种实施方式中，所述方法还包括：对正常高进行校准，
1)在测船围绕海面航行圈行驶时获取当前位置处的GPS大地坐标系下坐标(B,L,H)；
2)将大地坐标系下的(B,L,H)转换为平面坐标系下的(x,y)；
3)结合当前位置处的潮汐数据解算此处的正常高h1，将正常高h1作为第三轴数据与当前位置的平面坐标系坐标结合为新的三维坐标下的数据(x,y,h)；
4)测船在航行圈上m个点重复上述步骤获取新的三维坐标下的m个数据，测量海底单个控制点在此坐标系下的位置(x′,y′,h′)，h′即为该控制点的正常高。
第二方面，一种获取海底控制点数据的水下导线测量装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器调用存储器中存储的程序指令以使装置执行第一方面中的任一项所述的方法步骤。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
1、本发明可以同时获取相对于大地水准面，深度基准面和参考椭球面的海底观测数据，则可以建立一个以地球参考椭球面为桥梁，地球参考椭球面、大地水准面和平均海面相关联的海洋多垂直基准变换模型，使得不同基准的数据得以转换，即大地水准面到参考椭球面的相互转换，深度基准面到参考椭球面的相互转换，以及大地水准面到深度基准面的相互转换，实现陆海垂直(高程)基准统一；对于科学揭示海洋多垂直基准变换的关系和机理，形成一个海洋多垂直基准变换的理论与技术体系具有重要意义；
2、本发明对工作环境适应能力强、布放回收简单，可重复利用，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图；
图2为水下控制点工作原理示意图；
图3为基准值传递法获取正常高的示意图；
图4为水下控制点内部结构示意图；
图5为水下控制点测距的侧向原理图；
图6为一种获取海底控制点数据的水下导线测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了解决背景技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种同时获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据的水下导线测量方法及装置，包括：水下部分、水面部分和陆地部分，水下部分为安装了收发换能器、应答器和水位计的水下声学应答器阵，该设备作为此方法的海底控制点；水面部分为搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船；陆地部分将一个GNSS水准点作为陆地基准点。从此水准点出发，通过逐段测量船***置、姿态以及水声传播距离，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。由于测点处于海底，并且还有水深深度信息，与传统的陆地导线测量相区别，整个过程称之为水下导线。
本发明实施例以在水下布放声学导线的方式，通过倒长基线定位原理、传递基准值技术和平均水位计算法，分别准确获得海底控制点的大地高、正常高和水深等三类数据。
具体实施过程为：以离岸一定范围的海底控制点(水下声学应答器阵)检验为主，设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器，以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
实施例1
参见图1至图2，本发明实施例提供了一种同时获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据的水下导线测量方法，该方法主要由安装了收发换能器、应答器和水位计的海底控制点；搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船以及一个陆地基准点组成。
该方法包括以下步骤：
步骤一：采用倒长基线定位原理获得大地高数据；
海底控制点的大地高采用倒长基线原理测量，海底布设有n个自制海底控制点(或称为水下控制点)，每个水下控制点是由四个收发换能器组成的倒置超短基线***，布放船围绕海面航行圈通过测船上GNSS设备采集数据，之后通过在水面多点测量海底单个控制点的回波时间，并结合三点定位原理、水面GNSS位置和最小二乘法最优解求解单个水下控制点的位置和大地高。结合四个收发换能器安装位置，最终确定出水下控制点几何中心处的大地高。
步骤二：采用传递基准值技术获得正常高数据；
采用岸边基准站(或验潮站)的正常高H0为基准值，设计水下导线测量模式。将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船或者水下探测器UUV作为核心观测仪器，辅以验潮仪或水位计，由陆地GNSS水准点出发，通过逐段测量水面测量船的位置、与水下控制点的角度以及水声传播距离，逐个传递正常高数据，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
步骤三：采用海底控制点水位测量法获得水深数据。
在各个水下控制点装配水位计，等效为单个控制点的水深高度，并结合附近验潮站L值和同步验潮观测资料，最终转化为以深度基准面为参考的水深值。
本发明实施例还可以包括：
通过倒长基线定位原理、传递基准值技术和海底控制点水位测量法，分别准确获得海底控制点的大地高、正常高和水深等三类数据。具体实施过程为，以离岸一定范围的水下控制点(水下声学应答器阵)检验为主，设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器，以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。由于测点处于海底，并且还有水深深度信息，与传统的陆地导线测量相区别，整个过程称之为水下导线。水面或水中单个接收换能器为单路信号输出多路信号输入的工作模式。
使用海底倒超短基线测距测向原理作为传递基准值技术的一部分来获取正常高数据。水面测船携带单个接收换能器为单路信号输出多路信号输入的工作模式。接收四路混叠的编码应答信号后，使用相应解调方式获取时延差解算与海底控制点的相对空间位置。
采用岸边基准站(或验潮站)的正常高H0为基准值，测量水面测量船在位置1与基准点的高度差获取其正常高的值，测量位置1与海底控制点1的角度以及水声传播距离，向海底控制点1传递正常高数据，测船到达位置2后测得与海底控制点1的高度差，获得位置2处的正常高数据，重复上述步骤，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
采用岸边基准站(或验潮站)的正常高为基准值，设计水下导线测量模式，在执行大地高数据获取操作的同时辅以测船在各位置的潮汐数据，可对水下控制点的正常高进行校准。
实施例2
下面结合具体的实例对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：
如图1-图2所示，为本发明实施例的同时获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据的水下导线测量方法的结构原理示意图和海底控制点工作原理示意图。以离岸一定范围的海底控制点(应答器)检验为主，将安装有收发换能器，应答器和水位计的自研设备作为海底控制点，设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器，辅以验潮仪或水位计，由陆地已经GNSS水准点出发，通过倒长基线测量、倒超短基线测距测向以及海底控制点水位测量等方式，获取一系列海底应答器所处位置的标准数据。其具体计算步骤分主要包括：
1、大地高数据获取
海底控制点的大地高采用倒长基线原理测量，海底布有n个自制海底控制点，每个海底控制点是由四个收发换能器组成的倒置超短基线***，布放船围绕航行圈通过测船上GNSS设备采集数据，之后通过在水面多点测量海底单个控制点的回波时间，并结合三点定位原理、水面GNSS位置和最小二乘法最优解求解单个水下控制点的位置和大地高。结合四个收发换能器安装位置，最终确定出水下控制点几何中心处的大地高。
2、正常高数据获取
采用岸边基准站(或验潮站)的正常高H0为基准值，设计水下导线测量模式。如图2所示，水下导线设计是以水下应答器阵的最大声信号传播距离为依据，按照一定的距离间距在水下布放若干个控制点。如图3所示，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船或者水下探测器UUV作为核心观测仪器，辅以验潮仪或水位计，由陆地GNSS水准点出发，通过逐段测量水面测量船的位置、与水下控制点的角度以及水声传播距离，逐个传递正常高数据，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
其中，正常高基准值传递测量的主要步骤分为：
已知陆地某水准控制点O，其正常高为H0；
测船在位置1先测得与水准点O的高度差为H1，此时测船的正常高为H0+H1；
忽略或校正测船在短时间范围的上下升沉运动后，测船在位置1测得与海底倒超短基线基阵1的高度差为H2，所以基阵1的正常高为H0+H1+H2；
测船航行至位置2，测得与基阵1的高度差为H3，得到测船位置2的正常高为H0+H1+H2+H3，然后便可测量第二个控制点的正常高。
测船继续行驶，如此步骤类推，直至得到n个倒置超短基线基阵的正常高，并最终测回到水准控制点O，形成闭合导线进行平差计算。
其中，正常高为地面点沿铅垂线到似大地水准面的距离。
3、水深值数据获取
在各个水下控制点装配水位计，等效为单个控制点的水深高度，并结合附近验潮站L值和同步验潮观测资料，最终转化为以深度基准面为参考的水深值。
为了后续计算简单，一般将水位计进行位置校准，图4展示了水下控制点水位计布放位置。该水下控制点包括：处理控制单元、AD/AD转换模块、信号预处理电路、收发合置转换电路、收发换能器、供电单元。处理控制单元控制信号的发射与接收并完成信号解算，AD/AD转换模块负责数字信号和模拟信号的转换，信号预处理电路负责发射信号的放大处理以及接收信号的滤波放大处理，收发合置转换电路防止放大后的发射信号逆流，收发换能器通过声电转换完成声信号的发射和接收，供电单元负责整体电路的电源。
4、海底倒超短基线测距测向原理
测船向水下控制点发送询问信号，水下控制点返回应答信号，则距离可通过询问和应答往返时间TT,R求得，即：
其中，c为水下声速。
由于水下控制点尺寸甚小，可认为是远场接收的情况，即入射到所有声学应答器的声线平行，如图5所示。当信号频率为f0，即波长λ＝c/f0时，两个应答器接收信号的相位差φ与信号入射角θm的关系为：
由上式可知，测出x轴方向上1和3阵元的相位差φ13之后，便可求得声线与x轴的夹角为θmx，同理也可以求得声线与y轴的夹角θmy。
因此可求得水下控制点与测船的高度差H，即：
结合水下控制点各应答器基元的绝对位置的几何关系，最终确定出水下控制点几何中心处与测船的高度差H。
5、水下控制点正常高校准
采用岸边基准站(或验潮站)的正常高H0为基准值，设计水下导线测量模式，在执行第1步操作的同时辅以测船在各位置的潮汐数据，可对水下控制点的正常高进行校准。
校准的主要步骤为：
1)测船在位置1测得该位置的GPS大地坐标系下坐标(B,L,H)；
2)将位置1的坐标由大地坐标系下的(B,L,H)转平面坐标系下的(x,y)；
3)结合位置1处的潮汐数据解算此处的正常高h1，并将此变量作为第三轴数据与位置1的平面坐标系坐标结合为新的三维坐标下的数据(x,y,h)；
4)在进行步骤1位置解算的同时，进行上述步骤在海面m个点，得到m个新的三维数据，测量海底单个控制点在此坐标系下的位置(x′,y′,h′)，h′即为该控制点的正常高。
实施例3
一种获取海底控制点数据的水下导线测量装置，参见图6，该装置包括：处理器和存储器，存储器中存储有程序指令，处理器调用存储器中存储的程序指令以使装置执行实施例1和2中的方法步骤；
设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器；
以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，通过倒长基线定位原理、传递基准值和平均水位计，分别获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据。
其中，设计水下导线测量模式具体为：
从水准点出发，通过逐段测量船***置、姿态以及水声传播距离，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
进一步地，通过倒长基线定位原理获得海底控制点的大地高具体为：
在海底布设有n个水下控制点，每个水下控制点是由四个收发换能器组成的倒置超短基线***，布放船围绕海面航行圈通过测船上GNSS设备采集数据；
通过在水面多点测量海底单个控制点的回波时间，并结合三点定位原理、水面GNSS位置和最小二乘法最优解求解单个水下控制点的位置和大地高；
结合四个收发换能器安装位置，最终确定出水下控制点几何中心处的大地高。
其中，通过传递基准值获得海底控制点的正常高具体为：
采用岸边基准站或验潮站的正常高H0为基准值，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船或水下探测器作为核心观测仪器；
辅以验潮仪或水位计，由陆地GNSS水准点出发，通过逐段测量水面测量船的位置、与水下控制点的角度以及水声传播距离，逐个传递正常高数据，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
设计水下导线测量模式，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船作为核心观测仪器；
以陆地基准点的GNSS水准点为参考，辅以验潮仪或水位计，通过倒长基线定位原理、传递基准值和平均水位计，分别获得海底控制点的大地高、正常高和水深三类数据。
2.根据权利要求1所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述设计水下导线测量模式具体为：
从水准点出发，通过逐段测量船***置、姿态以及水声传播距离，获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
3.根据权利要求1所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述通过倒长基线定位原理获得海底控制点的大地高具体为：
在海底布设有n个水下控制点，每个水下控制点是由四个收发换能器组成的倒置超短基线***，布放船围绕海面航行圈通过测船上GNSS设备采集数据；
通过在水面多点测量海底单个控制点的回波时间，并结合三点定位原理、水面GNSS位置和最小二乘法最优解求解单个水下控制点的位置和大地高；
结合四个收发换能器安装位置，最终确定出水下控制点几何中心处的大地高。
4.根据权利要求1所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述通过传递基准值获得海底控制点的正常高具体为：
采用岸边基准站或验潮站的正常高H0为基准值，将搭载GNSS、惯导和水声测距设备的一体化测船或水下探测器作为核心观测仪器；
辅以验潮仪或水位计，由陆地GNSS水准点出发，通过逐段测量水面测量船的位置、与水下控制点的角度以及水声传播距离，逐个传递正常高数据，最后获取一系列海底控制点所处位置的标准数据。
5.根据权利要求1所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述通过平均水位计获得水深具体为：
在各个水下控制点装配水位计，等效为单个控制点的水深高度，并结合附近验潮站L值和同步验潮观测值，最终转化为以深度基准面为参考的水深。
6.根据权利要求4或5所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述水下控制点的电路结构包括：处理控制单元、AD/AD转换模块、信号预处理电路、收发合置转换电路、收发换能器、供电单元；
所述处理控制单元控制信号的发射与接收并完成信号解算，AD/AD转换模块负责数字信号和模拟信号的转换，信号预处理电路负责发射信号的放大处理以及接收信号的滤波放大处理，收发合置转换电路防止放大后的发射信号逆流，收发换能器通过声电转换完成声信号的发射和接收，供电单元负责整体电路的电源。
7.根据权利要求1所述的一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法，其特征在于，所述方法还包括：对正常高进行校准，
1)在测船围绕海面航行圈行驶时获取当前位置处的GPS大地坐标系下坐标(B，L，H)；
2)将大地坐标系下的(B，L，H)转换为平面坐标系下的(x，y)；
3)结合当前位置处的潮汐数据解算此处的正常高h1，将正常高h1作为第三轴数据与当前位置的平面坐标系坐标结合为新的三维坐标下的数据(x，y，h)；
4)测船在航行圈上m个点重复上述步骤获取新的三维坐标下的m个数据，测量海底单个控制点在此坐标系下的位置(x′，y′，h′)，h′即为该控制点的正常高。
8.一种获取海底控制点数据的水下导线测量装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器调用存储器中存储的程序指令以使装置执行权利要求1-7中的任一项所述的方法步骤。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114660644A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-06-24 | 山东科技大学 | 一种用于卫星高度计定标的多天线组合浮标*** |
| CN117741572A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 自然资源部第二海洋研究所 | 一种快速进行海洋潜标锚定点水下定位的方法及*** |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200411127Y1 (ko) * | 2005-12-06 | 2006-03-10 | 주식회사 씨스캔 | 회전형 트랜스듀셔 어레이를 이용한 수중 초음파 촬영장치 |
| CN110121662A (zh) * | 2016-10-28 | 2019-08-13 | 索纳达因国际有限公司 | 海上gnss参考站装置、海上gnss定位***以及生成海上定位参考数据的方法 |
| CN110703197A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-01-17 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式 |
| CN111751856A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-09 | 中国人民解放军92859部队 | 一种基于ppp技术的海底大地基准点精确定位方法 |
| CN111896962A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-11-06 | 中国石油大学(华东) | 一种海底应答器定位方法、***、存储介质及应用 |
| CN113093108A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 天津大学 | 水下目标自定位与导航的倒置长/超短基线方法及装置 |
-
2021
- 2021-12-08 CN CN202111496893.XA patent/CN114234932A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200411127Y1 (ko) * | 2005-12-06 | 2006-03-10 | 주식회사 씨스캔 | 회전형 트랜스듀셔 어레이를 이용한 수중 초음파 촬영장치 |
| CN110121662A (zh) * | 2016-10-28 | 2019-08-13 | 索纳达因国际有限公司 | 海上gnss参考站装置、海上gnss定位***以及生成海上定位参考数据的方法 |
| CN110703197A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-01-17 | 中国船舶科学研究中心（中国船舶重工集团公司第七0二研究所） | 一种侧向测量式倒置超短基线收发换能器及其工作方式 |
| CN111751856A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-09 | 中国人民解放军92859部队 | 一种基于ppp技术的海底大地基准点精确定位方法 |
| CN111896962A (zh) * | 2020-07-25 | 2020-11-06 | 中国石油大学(华东) | 一种海底应答器定位方法、***、存储介质及应用 |
| CN113093108A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 天津大学 | 水下目标自定位与导航的倒置长/超短基线方法及装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 胡圣航等: "超短基线水声定位***动态定位误差测试研究", 《数字海洋与水下攻防》, vol. 3, no. 6 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114660644A (zh) * | 2022-05-25 | 2022-06-24 | 山东科技大学 | 一种用于卫星高度计定标的多天线组合浮标*** |
| CN117741572A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 自然资源部第二海洋研究所 | 一种快速进行海洋潜标锚定点水下定位的方法及*** |
| CN117741572B (zh) * | 2024-02-21 | 2024-04-30 | 自然资源部第二海洋研究所 | 一种快速进行海洋潜标锚定点水下定位的方法及*** |
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