海洋导航定位技术及其应用与展望

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1、万方数据第26卷第1期2006年1月海洋测绘HYDRoGRAPⅢCSURVEYINGANDCHARTINGVoL26．No1Jan．．2006海洋导航定位技术及其应用与展望阳凡林112，康志忠2，独知行2，赵建虎3，吴自银1(1．国家海洋局第二海洋研究所，浙江杭州310012；2．山东科技大学地球信息科学与工程学院，山东青岛266510；3．武汉大学测绘学院，湖北武汉430079)摘要：根据水上和水下环境的区别，系统论述了各种海洋定位导航技术及组合定位导航技术，比较了它们的优缺点和适用范围，介绍了它们的应用现状及展望。关键词：海洋测量定位

2、；卫星导航；惯性导航；组合导航中围分类号：P2281文献标识码：B文章编号：1671-3044(2006)01—0071—041引言随着陆上定位与导航技术的飞速发展，海洋定位与导航技术也相应得到了长足的发展，精度越来越高，应用越来越广泛。由于海洋环境的特殊性，其定位和导航与陆上相比，具有动态性、不可重复性等特点，使得定位精度比陆上低、系统也较陆上复杂。根据定位和导航条件的不同，可分为水上和水下两种方式。对于船载的测深成像等系统，为了将最终信息转换到地理坐标系中，必须获得测深成像瞬间的测船姿态和位置；对于在水下作为载体的拖鱼，同样也需采用高

3、精度定位以获得海底三维信息。能否接收空中电磁波信号(如GPS信号)是这两种方式的根本区别。下面从这两方面人手，详细论述海洋定位和导航的特点、技术和综合应用。2水上定位与导航技术水上定位与导航技术是指在海面上进行的定位和导航。由于可与电磁波进行通讯，基本可照搬陆上动态定位与导航模式。早期定位使用六分仪和经纬仪进行，随着无线电技术的发展，逐渐使用无线电定位系统，如罗兰C等，主要有圆曲线和双曲线两种。随着卫星的升空，逐渐采用了卫星定位与导航技术，以GPS／DGPS技术为代表，它的高精度、全天候、便捷等特点，使其逐渐取代了其他地面定位技术，占据了

4、主导地位。目前，我国沿海已建立无线信标差分系统，全面覆盖了我国沿海地区，可达到米级精度。鉴于GPS因卫星信号遮挡、内部电子串绕或高动态时等会造成失锁，现有不少研究者已将其与其他导航系统进行结合，如惯性导航系统(INS)”1、多普勒速度计(DVL)”。1。INS采用的航迹推算法，它利用加速度计，测得测船加速度，经过积分得到测船速度，再经过一次积分就可得到测船位置。它是可提供经度、纬度、速度及水平与方位基准等导航数据和载体姿态的定位与导航系统。它的定位结果虽然不受外界于扰，但随着观测时间的增长，误差逐渐加大。故GPS和INS系统各有所长，组合

5、刚好克服了各自系统的不足_“。鉴于GPS定位输出频率不太高，有时无法满足高速率连续定位的要求，出现了将低频率的反映换能器瞬时起伏的GPSRTK观测值和高频率的运动传感器单元(MRU)的观测值融合的新技术，由RTK观测值控制MRU观测值误差的积累，由传感器观测值表达所需的高频数据，可得到精确的载体在瞬时水面的起伏。除了GPS和INS技术外，还有其他辅助定位和导航技术。如电罗经可准确测得测船方位，DVL可测得测船速度，通过它们组合也对测船定位和导航，成本较低，但精度稍差[“。3水下定位与导航技术电磁波在水中衰减很快，仅仅穿透数米就会丢失所有能

6、量，故传统的陆上定位和导航技术在水中无能为力。而声波能传播几百公里而没有明显的吸收损失，故水下主要采用声学系统进行定位和导航。它们是从20世纪70年代开始发展起来的。根据声基线的距离，声学系统主要分为超短基线定位系统(USBL／SSBL)、短基线定位系统(SBL)和长基线定收稿日期：2005—08—02；修回日期：2005·10—13基金项目：国家自然科学基金资助项目(40506023)；“基础地理信息与数字化技术”山东省重点开放实验室资助项目(SDC40212)。作者简介：阳凡林(1974一)，男，湖北荆州人，博士，副教授，主要从事海洋

7、测绘、GPS理论与应用及其数据处理等研究。万方数据海洋测绘第26卷位系统(LBL)。USBL／SSBL通常由3个及以上互相垂直相距约2cm的单元组成船上水听器基阵，通过测量信号到达接收单元问的相位差和目标到接收阵之间的斜距进行定位，定位精度约为1～21n。SBL通过布设声信标，在测船下方安置4个相距较远并精确知道其相对位置的水听器，由测出声信标到水听器的往返距离和时间差或相位差进行定位，定位精度约为5m，目前很少使用。LBL通过在海底布设3个以上相距较远并已知位置的声信标，根据测船换能器计算的声信标到测船的距离进行定位，精度约为2m⋯。由

8、于距离由声波传播的时间与声速计算得到，受声速影响较大，为提高声学定位系统的精度，特别是LBL，需准确了解测区的声速结构。声学定位系统的具体特点见表1”1。由于USBL设备的简便性，现在已逐渐代