顾及声速结构时域变化的海底基准站高精度定位方法_赵爽.pdf

第5 2卷 第1期测 绘 学 报V o l.5 2,N o.1 2 0 2 3年1月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c aJ a n u a r y,2 0 2 3引文格式:赵爽,王振杰,聂志喜,等.顾及声速结构时域变化的海底基准站高精度定位方法J.测绘学报,2 0 2 3,5 2(1):4 1-5 0.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 1 0 3 2 6.Z HAOS h u a n g,WANG Z h e n j i e,N I EZ h i x i,e ta l.P r e c i s ep o s i t i o n i n g m e t h o df o rs e a f l o o rg e o d e t i cs t a t i o n sb a s e do nt h et e m p o r a l v a r i a t i o no f s o u n ds p e e ds t r u c t u r eJ.A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,2 0 2 3,5 2(1):4 1-5 0.D O I:1 0.1 1 9 4 7/j.AG C S.2 0 2 3.2 0 2 1 0 3 2 6.顾及声速结构时域变化的海底基准站高精度定位方法赵 爽1,王振杰2,聂志喜2,贺凯飞2,刘慧敏3,孙 振21.中国测绘科学研究院,北京1 0 0 0 3 6;2.中国石油大学(华东)海洋空间与信息学院,山东 青岛2 6 6 5 8 0;3.中国地质调查局青岛海洋地质研究所,山东 青岛2 6 6 0 7 1P r e c i s ep o s i t i o n i n g m e t h o df o rs e a f l o o rg e o d e t i c s t a t i o n s b a s e d o nt h et e m p o r a l v a r i a t i o no f s o u n ds p e e ds t r u c t u r eZ H A OS h u a n g1,WA N GZ h e n j i e2,N I EZ h i x i2,H EK a i f e i2,L I UH u i m i n3,S U NZ h e n2P r e c i s ep o s i t i o n i n g m e t h o df o rs e a f l o o rg e o d e t i c s t a t i o n s b a s e d o nt h et e m p o r a l v a r i a t i o no f s o u n ds p e e ds t r u c t u r eZ H A OS h u a n g1,WA N GZ h e n j i e2,N I EZ h i x i2,H EK a i f e i2,L I UH u i m i n3,S U NZ h e n21.C h i n e s eA c a d e m yo fS u r v e y i n ga n dM a p p i n g,B e i j i n g1 0 0 0 3 6,C h i n a;2.C o l l e g eo fO c e a n o g r a p h ya n dS p a c eI n f o r m a t i c s,C h i n aU n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m,Q i n g d a o2 6 6 5 8 0,C h i n a;3.Q i n g d a o I n s t i t u t eo fM a r i n eG e o l o g y,C h i n aG e o l o g i c a lS u r v e y,Q i n g d a o2 6 6 0 7 1,C h i n aA b s t r a c tA b s t r a c t:A tp r e s e n t,G N S S-A c o u s t i c(G N S S-A)c o m b i n e dt e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e di np o s i t i o n i n gf o rs e a f l o o rg e o d e t i cs t a t i o n s.B a s e do ns o u n dv e l o c i t yp r o f i l e s(S V P s)d a t a,t h ee q u a l g r a d i e n ta c o u s t i c r a y-t r a c i n gm e t h o d i sa p p l i e d i nh i g h-p r e c i s i o np o s i t i o n i n v e r s i o n.H o w e v e r,b e c a u s eo f t h ed i s c r e t e n e s so f t h eS V P su s e d i nt h ef o r e m e n t i o n e dm e t h o d,i t i g n o r e st h ec o n t i n u o u sv a r i a t i o no fs o u n dv e l o c i t ys t r u c t u r ei nt i m ed o m a i n,w h i c hw o r s e n st h ep o s i t i o n i n ga c c u r a c y.I nt h i sp a p e r,t h et i m e-d o m a i nv a r i a t i o no fs o u n ds p e e ds t r u c t u r e(S S S)h a sb e e nc o n s i d e r e d,a n dt h ec u b i cB-s p l i n e f u n c t i o n i sa p p l i e dt oc h a r a c t e r i z et h ep e r t u r b e ds o u n dv e l o c i t y.B a s e do nt h er a y-t r a c i n gt h e o r y,a ni n v e r s i o nm o d e lo f“s t e p w i s ei t e r a t i o n&p r o g r e s s i v ec o r r e c t i o n s”f o rb o t hp o s i t i o n i n ga n ds o u n ds p e e d i n f o r m a t i o n i sp r o p o s e d,w h i c hc o n d u c t s t h eg r a d u a l c o r r e c t i o no fs e a f l o o rg e o d e t i cs t a t i o nc o o r d i n a t e sa n dd i s t u r b e ds o u n dv e l o c i t y.T h ep r a c t i c a ld a t aw e r eu s e d t o t e s t t h ee f f e c t i v e n e s so f o u rm e t h o d.T h e r e s u l t ss h o wt h a t t h e r o o tm e a ns q u a r e(R M S)e r r o r so ft h er e s i d u a lv a l u e so ft h et r a d i t i o n a lm e t h o d s w i t h o u ts o u n dv e l o c i t yc o r r e c t i o n,b a s e do nq u a d r a t i cp o l y n o m i a l c o r r e c t i o na n db a s e do nc u b i cB-s p l i n e f u n c t i o nc o r r e c t i o na r e 1.4 3,0.4 4a n d 0.2 1m s,r e s p e c t i v e l y.T h ei n v e r s i o nm o d e lw i t hs o u n dv e l o c i t yc o r r e c t i o nc a ne f f e c t i v e l ye l i m i n a t et h es y s t e m a t i ce r r o r c a u s e db yt h ec h a n g eo fS S S,a n ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h ep o s i t i o n i n ga c c u r a c yo ft h es e a f l o o rg e o d e t i cs t a t i o n s.K e y w o r d sK e y w o r d s:G N S S-A c o u s t i c p o s i t i o n i n g;s o u n d s p e e d s t r u c t u r e(S S S);t e m p o r a lv a r i a t i o n;s e a f l o o rg e o d e t i cs t a t i o n sF o u n d a t i o ns u p p o r tF o u n d a t i o ns u p p o r t:T h eN a t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a(N o s.4 1 9 3 1 0 7 6;4 2 1 7 4 0 2 0);L a o s h a nL a b o r a t o r y(N o.L S K J 2 0 2 2 0 5 1 0 1);S t a t eK e y L a b o r a t o r yo fG e o-I n f o r m a t i o nE n g i n e e r i n g(N o.S K L G I E 2 0 2 0-M-1-1)摘 要:目前广泛采用G N S S-A联合技术进行海底基准站定位,高精度位置反演通常基于声速剖面数据采用等梯度声线跟踪方法实现。但该方法使用的离散声速剖面忽略了声速结构的时域连续变化特性,制约海底点定位精度。本文顾及声速结构时域变化,引入三次B样条函数表征扰动声速,基于声线跟踪理论,构建“分步迭代-渐次修正”的位置信息和声速信息迭代反演模型,进行海底基准站坐标和扰动声速的渐次修正。采用南海实测数据进行验证,结果表明:传统不施加声速修正、基于二次多项式声速修正,以及基于三次B样条函数声速修正的方法,对应的观测值残差均方根误差分别为1.4 3、0.4 4和J a n u a r y2 0 2 3V o l.5 2N o.1A G C Sh t t p:x b.c h i n a s m