CN117008177A - 基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 - Google Patents
基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117008177A CN117008177A CN202311264544.4A CN202311264544A CN117008177A CN 117008177 A CN117008177 A CN 117008177A CN 202311264544 A CN202311264544 A CN 202311264544A CN 117008177 A CN117008177 A CN 117008177A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- integrated platform
- control point
- dimensional coordinate
- submarine
- gnss antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007170 pathology Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
- G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
- G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
- G01S19/42—Determining position
- G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
- G01C21/203—Specially adapted for sailing ships
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,属于导航技术领域,用于海底控制点三维坐标标定,三维坐标标定包括:测定臂长参数的初始值,GNSS天线提供GNSS天线位置信息,姿态传感器提供臂杆实时的姿态信息,在船进行圆走航时,处于臂杆底端的水声换能器以指定周期对海底应答器进行信号传递,利用距离交会的方法完成对海底控制点的三维坐标进行标定。本发明将载有GNSS天线和换能器的平台以指定的角度摇摆起来,摇摆模型可以有效提高横滚角或俯仰角的变化范围,从而解决方程的病态问题,既能考虑臂长参数误差带来的定位误差的影响也可以增加方程的可解性。
Description
技术领域
本发明公开了基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,属于导航技术领域。
背景技术
海底大地基准网同陆地基准网一样是国家空间基准的重要组成部分,获取高精度的海底控制点的三维坐标是海底大地基准网建设的核心目标。确定海底控制点通常采用GNSS定位和水声声学测距相结合的方式,通过GNSS接收机和声学换能器对海底控制点上的声学应答器进行测量。声学换能器的位置由GNSS天线位置通过臂长参数和姿态信息计算得到,而臂长参数本身的误差会影响到海底控制点的定位精度,由于臂长参数很难精确测定,传统方法中会将臂长参数归入数学模型和海底控制点的三维坐标一同解算。但由于船体行进时相对平稳使得姿态传感器的横滚角和俯仰角的值过小从而导致方程病态。所以需要一种既能顾及臂长参数又能提高方程可解性的海底控制点标定方法。
发明内容
本发明公开了基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,以解决现有技术中,测量船在进行航行测量时船体比较平稳,使姿态传感器得到的横滚角和俯仰角比较小,从而导致设计矩阵和/>的第三项强相关导致方程病态的问题。
基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,一体化平台包括臂杆,所述臂杆上搭载GNSS天线、姿态传感器、水声换能器、电力供应***,防水防潮***、数据传输***和摇摆***;
一体化平台固定在船侧,借助摇摆***以一定的角度进行摆动,电力供应***具备接口,用于接收来自船体的电力供应,防水防潮***保护臂杆上的设备,数据传输***将GNSS接收机和海底应答器接收的数据传入数据处理中心;
三维坐标标定包括:
S1.测定臂长参数的初始值;
S2.GNSS天线提供GNSS天线位置信息;
S3.姿态传感器提供臂杆实时的姿态信息;
S4.在船进行圆走航时,处于臂杆底端的水声换能器以指定周期对海底应答器进行信号传递,利用距离交会的方法完成对海底控制点的三维坐标进行标定。
S3包括:
S3.1.设姿态传感器的方位为h、俯仰角为p、横滚角为r;
S3.2.计算一体化平台坐标系到大地坐标系的变化矩阵:
;
其中,分别为方向、俯仰、横滚三个轴的旋转矩阵,
。
S4包括:
S4.1.由臂长参数、S2得到的GNSS天线位置信息和S3得到的旋转矩阵R,求得第i个历元水声换能器的位置信息:
;
其中,为第i个历元水声换能器的位置信息,/>为S3得到的GNSS天线位置信息,/>为臂长参数;
S4.2.一体化平台的定位模型表示式为:
;
其中,为第i个历元水声换能器到海底应答器之间的几何距离,/>为海底应答器的三维坐标,/>为第i个历元水声换能器的三维坐标,/>为***误差,/>为第i个历元的随机误差,/>为关于/>和/>的函数。
S4包括:
S4.3.将定位模型表示式在海底应答器三维坐标初始值和臂长参数的初始值/>处线性展开:
;
其中,
,
,/>和/>为两个待定参数;
S4.4.将海底应答器三维坐标和臂长参数一同解算,列误差方程为:
;
其中,为改正数,/>为已知向量,/>,
待解参数的估值为:/>,其中,,/>,/>。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:本发明将载有GNSS天线和换能器的平台以指定的角度摇摆起来,摇摆模型可以有效提高横滚角或俯仰角的变化范围,从而解决方程的病态问题,既能考虑臂长参数误差带来的定位误差的影响也可以增加方程的可解性。
附图说明
图1为海底控制点标定原理图;
图2是一体化平台示意图;
图3是图2的侧视图;
附图标记包括:1-GNSS天线,2-姿态传感器,3-摇摆***,4-臂杆,5-水声换能器,6-海底应答器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,一体化平台如图2和图3,包括臂杆4,所述臂杆4上搭载GNSS天线1、姿态传感器2、水声换能器5、电力供应***,防水防潮***、数据传输***和摇摆***3;
一体化平台固定在船侧,借助摇摆***3以一定的角度进行摆动,电力供应***具备接口,用于接收来自船体的电力供应,防水防潮***保护臂杆4上的设备,数据传输***将GNSS接收机和海底应答器6接收的数据传入数据处理中心;
三维坐标标定包括:
S1.测定臂长参数的初始值;
S2.GNSS天线1提供GNSS天线1位置信息;
S3.姿态传感器2提供臂杆4实时的姿态信息;
S3.1.设姿态传感器2的方位为h、俯仰角为p、横滚角为r;
S3.2.计算一体化平台坐标系到大地坐标系的变化矩阵:
;
其中,分别为方向、俯仰、横滚三个轴的旋转矩阵,
;
S4.在船进行圆走航时,处于臂杆4底端的水声换能器5以指定周期对海底应答器6进行信号传递,利用距离交会的方法完成对海底控制点的三维坐标进行标定;
S4.1.由臂长参数、S2得到的GNSS天线1位置信息和S3得到的旋转矩阵R,求得第i个历元水声换能器5的位置信息:/>;
其中,为第i个历元水声换能器5的位置信息,/>为S3得到的GNSS天线1位置信息,/>为臂长参数;
S4.2.一体化平台的定位模型表示式为:,其中,/>为第i个历元水声换能器5到海底应答器6之间的几何距离,/>为海底应答器6的三维坐标,/>为第i个历元水声换能器5的三维坐标,/>为***误差,/>为第i个历元的随机误差,/>为关于/>和/>的函数;
S4.3.将定位模型表示式在海底应答器6三维坐标初始值和臂长参数的初始值/>处线性展开:
,其中,
,/>和/>为两个待定参数;
S4.4.将海底应答器6三维坐标和臂长参数一同解算,列误差方程为:
,其中,/>为改正数,/>为已知向量,,
待解参数的估值为:/>,其中,,/>,/>。
一体化平台在测量船的外侧,如图1,装有GNSS天线1和姿态传感器2的部分在水面之上,装有水声换能器5的部分在水面之下。平台的电力供应来自测量船,并且采用防腐防水材料来保护相关传感器等电子设备不受海水的侵蚀影响。电子设备接收的数据会传输到测量船的数据处理中心进行处理。摇摆***3是指整个平台设有摇摆装置,使整个平台可以以指定的角度沿某一方向摇摆,在摇摆的过程中,水下的设备不会露出水面。
为了削弱臂长参数误差对定位精度的影响,会将臂长参数一起解算。需要臂长参数的初始值,所以在出海进行测量任务之前,先将平台的臂长参数提前测定作为初始值。
GNSS天线1位于平台主体-臂杆4的最顶端,实时提供高精度位置信息,姿态传感器2装在臂杆4较为中段的位置,能够实时的获取平台的姿态信息,方便进行平台坐标系到WGS84坐标系的转化。
利用GNSS天线1的位置、表示在平台坐标系下GNSS天线1和水声换能器5相对位置的臂长参数以及姿态传感器2提供的平台的姿态信息就可以得出在WGS84坐标系下水声换能器5的坐标。在圆走航模式或者其他走航模式下,以一定的周期对固定在海底控制点上的水声应答器6进行测量,通过距离交会的方法得到海底控制点的三维坐标。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,其特征在于,一体化平台包括臂杆(4),所述臂杆上搭载GNSS天线(1)、姿态传感器(2)、水声换能器(5)、电力供应***,防水防潮***、数据传输***和摇摆***(3);
一体化平台固定在船侧,借助摇摆***(3)以一定的角度进行摆动,电力供应***具备接口,用于接收来自船体的电力供应,防水防潮***保护臂杆(4)上的设备,数据传输***将GNSS接收机和海底应答器(6)接收的数据传入数据处理中心;
三维坐标标定包括:
S1.测定臂长参数的初始值;
S2.GNSS天线(1)提供GNSS天线(1)位置信息;
S3.姿态传感器(2)提供臂杆(4)实时的姿态信息;
S4.在船进行圆走航时,处于臂杆(4)底端的水声换能器(5)以指定周期对海底应答器(6)进行信号传递,利用距离交会的方法完成对海底控制点的三维坐标进行标定。
2.根据权利要求1所述的基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,其特征在于,S3包括:
S3.1.设姿态传感器(2)的方位为h、俯仰角为p、横滚角为r;
S3.2.计算一体化平台坐标系到大地坐标系的变化矩阵:
;
其中,分别为方向、俯仰、横滚三个轴的旋转矩阵,
。
3.根据权利要求2所述的基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,其特征在于,S4包括:
S4.1.由臂长参数、S2得到的GNSS天线(1)位置信息和S3得到的旋转矩阵R,求得第i个历元水声换能器(5)的位置信息:/>;
其中,为第i个历元水声换能器(5)的位置信息,/>为S3得到的GNSS天线(1)位置信息,/>为臂长参数;
S4.2.一体化平台的定位模型表示式为:,其中,/>为第i个历元水声换能器(5)到海底应答器(6)之间的几何距离,/>为海底应答器(6)的三维坐标,/>为第i个历元水声换能器(5)的三维坐标,/>为***误差,/>为第i个历元的随机误差,为关于/>和/>的函数。
4.根据权利要求3所述的基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法,其特征在于,S4包括:
S4.3.将定位模型表示式在海底应答器(6)三维坐标初始值和臂长参数的初始值/>处线性展开:
,其中,
,/>和/>为两个待定参数;
S4.4.将海底应答器(6)三维坐标和臂长参数一同解算,列误差方程为:
,其中,/>为改正数,/>为已知向量,/>,
待解参数的估值为:/>,其中,,/>,/>。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311264544.4A CN117008177B (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311264544.4A CN117008177B (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117008177A true CN117008177A (zh) | 2023-11-07 |
CN117008177B CN117008177B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=88572978
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311264544.4A Active CN117008177B (zh) | 2023-09-28 | 2023-09-28 | 基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117008177B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117572432A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-20 | 中国测绘科学研究院 | 一种海底基准站声呐阵列及定位方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101984765A (zh) * | 2007-04-09 | 2011-03-09 | 萨姆·斯塔西斯 | 能够导航和/或映射任何多维空间的***和方法 |
CN111678538A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-18 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 |
CN112162556A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-01 | 广东博智林机器人有限公司 | 导航方法、整平机器人、存储介质、处理器及导航*** |
CN112946574A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 中国石油大学(华东) | 海底声呐基准信标定位方法、装置以及海底定位*** |
CN113688562A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-23 | 山东科技大学 | 一种基于ga算法的浅水多波束褶皱误差自动改正方法 |
CN114966754A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 大坝深水环境一体化精准定位装置与方法 |
CN218765513U (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-28 | 华中科技大学 | 一种可灵活布设的水位测量装置 |
WO2023140221A1 (ja) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | 株式会社デンソー | アンテナモジュール、無線通信装置 |
-
2023
- 2023-09-28 CN CN202311264544.4A patent/CN117008177B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101984765A (zh) * | 2007-04-09 | 2011-03-09 | 萨姆·斯塔西斯 | 能够导航和/或映射任何多维空间的***和方法 |
CN111678538A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-09-18 | 中国电子科技集团公司第二十六研究所 | 一种基于速度匹配的动态水平仪误差补偿方法 |
CN112162556A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-01 | 广东博智林机器人有限公司 | 导航方法、整平机器人、存储介质、处理器及导航*** |
CN112946574A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-11 | 中国石油大学(华东) | 海底声呐基准信标定位方法、装置以及海底定位*** |
CN113688562A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-23 | 山东科技大学 | 一种基于ga算法的浅水多波束褶皱误差自动改正方法 |
WO2023140221A1 (ja) * | 2022-01-18 | 2023-07-27 | 株式会社デンソー | アンテナモジュール、無線通信装置 |
CN114966754A (zh) * | 2022-05-23 | 2022-08-30 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 大坝深水环境一体化精准定位装置与方法 |
CN218765513U (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-28 | 华中科技大学 | 一种可灵活布设的水位测量装置 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
杨道军;许伟杰;刘林泉;翁国忠;: "高精度定位标定***水下基准方位误差分析", 声学技术, no. 02, pages 189 - 192 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117572432A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-20 | 中国测绘科学研究院 | 一种海底基准站声呐阵列及定位方法 |
CN117572432B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-02 | 中国测绘科学研究院 | 一种海底基准站声呐阵列及定位方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117008177B (zh) | 2023-12-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN117008177B (zh) | 基于一体化平台的海底控制点三维坐标标定方法 | |
CN111896962B (zh) | 一种海底应答器定位方法、***、存储介质及应用 | |
CN111751856B (zh) | 一种基于ppp技术的海底大地基准点精确定位方法 | |
JPH10325871A (ja) | ナローマルチビーム深浅測量システム | |
US20120022820A1 (en) | Method for inertial navigation under water | |
CN110824430A (zh) | 基于北斗定位***的水下定位方法 | |
CN109613520A (zh) | 一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法 | |
CN113093159B (zh) | 多波束测深误差改进模型设计方法 | |
Xin et al. | A TOA/AOA underwater acoustic positioning system based on the equivalent sound speed | |
CN111208520A (zh) | 一种海底声学应答器的定位方法及装置 | |
CN111220146B (zh) | 一种基于高斯过程回归学习的水下地形匹配定位方法 | |
WO2021139022A1 (zh) | 一种水声定位与授时浮标及水下定位方法 | |
CN109059746A (zh) | 一种基于精密pos的海底地形测量方法 | |
CN114994649A (zh) | 一种多波束探头校正方法和多波束测深数据校正方法 | |
CN114234932A (zh) | 一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置 | |
CN112147578B (zh) | 一种高精度深水发射阵及多元垂直接收阵阵元定位***与方法 | |
CN116699581B (zh) | 基于深海潜水器的海底地形测量方法及装置 | |
KR100971079B1 (ko) | Gps를 이용한 소음측정 방법 및 시스템 | |
JP3935828B2 (ja) | 航海支援装置及び航海支援システム | |
CN114397644B (zh) | 一种基于四元数法的超短基线安装误差校准方法 | |
CN113064208B (zh) | 一种高精度的极浅水目标磁探*** | |
CN113156369B (zh) | 一种海上声学相位中心校准方法 | |
CN204575072U (zh) | 绞吸挖泥船施工位置水下3d地形的制作*** | |
CN205209490U (zh) | 耙吸挖泥船施工位置水下3d地形的制作*** | |
Sakib | Implementation of digital IMU for increasing the accuracy of hydrographic survey |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |