lbl长基线系统精度测试和研究

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1、LBL长基线系统精度测试和研究　　摘要本文主要通过SonardyneLBL6G在中国大亚湾测试过程和结果，验证其相对和绝对校验可行性，及其性能精度和精度分析。关键词LBL；基阵；相对校验；绝对校验；测距精度；布标中图分类号U17文献标识码A文章编号1674-6708（2013）87-0123-021概述LBL（LongBaseLine）长基线水下声学定位技术是目前精度最高、可靠性最强的水下定位技术之一，其在海洋工程施工、模块安装、管线铺设和对接；高精度拖体定位跟踪、ROV定位导航、DP船声学定位参照、AUV定位跟踪、遥控等等提供厘米级定位服务。广泛地应用于海洋石油和天然气工业、海洋科

2、研、军事领域等。8LBL系统包含两部分，一部分是安装在船只或水下机器人上的收发器（Transducer），另一个部分是一系列已知位置的固定在海底的应答器，至少三个以上。应答器之间的距离构成基线，长度在上百米到几千米之间，相对超短基线（USBL）、短基线（SBL），称为长基线系统。长基线系统是通过测量收发器和应答器之间的距离，采用测量中的前方或后方交会对目标定位，所以系统与深度无关，也不必安装姿态、电罗经设备，长基线定位是基于距离测量。从原理上讲，系统导航定位只需要2个海底应答器就可以，但是产生了目标的偏离模糊问题，另外不能测量目标的水深，所以至少需要3个海底应答器才能得到目标的三维坐

3、标。实际应用中，需要接收4个以上海底应答器的信号，产生多余观测，提高测量的精度。如图1LBL基阵图。LBL系统的优点：独立于水深值，具有较高的定位精度；多余观测值增加；对于大面积的调查区域，可以得到非常高的相对定位精度；换能器非常小，易于安装。LBL的缺点：系统复杂，操作繁琐；数量巨大的声学基阵，费用昂贵；需要长时间布设和收回海底声学基阵；需要详细对海底声学基阵校准测量。2Sonardyne6GLBL系统Sonardyne6GLBL系统由分布于海底COMPATT6信标（Transponder），组成水下长基线阵列，阵列经过校准后，任何在阵列中的目标和水面船的测距精度可以达到1-2厘米

4、，相对定位精度可高达5厘米以内，且不受任何水深的限制。系统定位的原理采用完全的测距定位技术。采用当前最新的数字声学技术的Sonardyne6G8LBL系统除了能够提供高精度定位外，它还具备数量更多的通道，对于大型的复杂的油田开发项目，能够满足多船、多ROV同时同地施工，而不会相互干扰，同时也是唯一能够提供USBL兼容和高速数据遥测的声学技术。Sonardyne6GLBL系统主要由Transducer8309、ROVNov、和信标组成，其精度和性能主要由海底基阵信标决定，主要技术性能如表1。3LBL布标与校验LBL长基线系统布标与校验是LBL应用最关键技术之一，LBL应用中相对和绝对精

5、确度主要取决于布标的合理性，及信标基阵校验的严密性和精度。3.1LBL布标LBL布标根据不同的工作性质和海底地貌、结构物状态及精度要求，信标基阵形状和信标数量也不相同。布设原则：1）海底信标最少不少于4个；2）尽可能使被定位目标位于基阵中心；3）若要得到更高定位精度，必须保证基阵中的信标稳定在海底；4）基阵必须避开工作区域，以免水下施工影响基阵信标；5）根据海底状况，基阵基线可以几百米到几千米布设。布设方法：1）水面释放，在船甲板使用绞车释放；2）水下释放，使用ROV携带在水下释放。83.2相对校验在布标工作结束后，使用安装在船体或ROV上的收发器激发由信标组成的海底基阵，对其进行相

6、对位置校验。相对校验需要对基阵水深、基线距离、初始位置、声速进行观测，基阵中每个信标自测声速、互测距离。通过Fusion测量软件采用最小二乘法对基阵进行平差，计算信标最佳相对位置。相对校准基本原则如下：1）在基线观测中，获得最佳的布标坐标，帮助早期识别错误或系统错误；2）在基线观测前后，对基阵水深处都进行声速观测；3）信标间进行多次基线观测，以优化其测距精度；4）对基线两个方向进行测距，以协助严重错误的检测。3.3绝对校验绝对校验包括基阵相对校验和Boxin。相对校验3.1节已经介绍，以下介绍Boxin。Boxin校准是结合水面定位和声学测距计算信标绝对大地坐标，完整的地Boxin包

7、括计划、数据收集、数据处理。Boxin校准是从水面船舶围绕参考信标开始，其船舶安装主要设备如下：1）Transducer安装在船舷；2）VeriposDGPS；3）SG.Brown电罗经；84）TSS姿态仪。Boxin校准数据收集在保证Transducer和信标互相通信的情况下，水面船舶围以参考信标为圆心作圆周航行（如图2）同时，Fusion测量软件收集船舶在绕行过程中的测距数据。Boxin数据处理，利用信标声学测距数据和DGPS计算的Transducer