海面及水下动态载体的自适应导航定位关键算法研究

The precise navigation and positioning for the kinematic platforms in the marine environment is the basic premise for the marine development activities and the development of the new technology in the national marine strategy. However, the marine environment is very complex, and the any useful information should be used since the navigation and positioning for kinematic platforms in the sea surface and underwater are closely related. In this study, the precise position and velocity determination of the sea surface kinematic platform will be studied based on the Multi-GNSS, which provide the accurate reference datum for the underwater positioning. Then, the precise position and velocity determination of underwater kinematic platforms will be researched based on the underwater acoustic positioning system. The new method of velocity determination used the Doppler measurements between the sea surface and underwater kinematic platform will be presented. Finally, the new adaptive Kalman filter algorithm in the marine environment will be improved and optimized based on adaptive filter, used distance measurements from the multi-GNSS and underwater acoustic positioning system, and the velocity information of kinematic platforms from the both of Doppler Effect measurements. The accuracy of the results of kinematic platform will be improved in the marine environment and the new adaptive Kalman filter will be proposed for the sea surface and the underwater kinematic platform. The results of this research can provide the support of precise navigation and positioning technology for the all of sea surface and underwater marine scientific research and production activities.

海洋环境中动态载体的导航与高精度定位是国家海洋战略中各项海洋开发活动和海洋高新技术发展的基本前提。但海洋环境十分复杂，且海面与水下动态载体的定位密切相关，任何有用的信息都应加以利用。本研究先对基于GNSS多系统的海面动态载体的精密定位测速展开研究，为水下定位提供精确的海面参考基准；然后，对基于水下声学定位系统的水下动态载体精密定位测速及其误差传播展开研究，将提出利用海面及水下动态载体之间水声信号的Doppler效应对水下动态载体进行测速的新方法；最后，以自适应滤波理论为基础，利用GNSS多系统和水声定位系统的距离观测量、以及两者的Doppler效应提供的动态载体的速度信息，改进和优化海洋环境中动态载体的自适应滤波算法，以此来提高海洋环境中动态载体导航定位结果的精度，并建立海面及水下动态载体的自适应导航定位新算法。其研究成果可为一切海面及水下海洋科研及生产活动提供导航与高精度定位的技术支持。

海洋环境中动态载体的导航与高精度定位是国家海洋战略中各项海洋开发活动和海洋高新技术发展的基本前提。但海洋环境十分复杂，较之陆地测量，海洋环境中动态载体的导航定位具有更多的噪声干扰源，因此是一项复杂而艰巨的任务。此前的研究仅仅满足了部分常规性应用需求，远不能满足日益增长的高精度需求。因此，该研究针对上述问题展开深入的研究。. 该研究为提高动态载体的导航定位精度，先对基于GNSS多系统的海面动态载体的精密定位测速展开研究，为水下定位提供精确的海面参考基准；然后，对基于水下声学定位系统的水下动态载体精密定位及其误差传播展开研究；最后，以自适应滤波理论为基础，利用GNSS多系统和水声定位系统的距离观测量、以及两者的Doppler效应提供的动态载体的速度信息，改进和优化海洋环境中动态载体的自适应滤波算法，以此来提高海洋环境中动态载体导航定位结果的精度，并建立海面及水下动态载体的自适应导航定位新算法。其中针对海面动态载体的高精度定位需求，研究了：GNSS海面实时导航定位算法；基于载波相位观测值修正原始Doppler的GNSS测速算法；以及对GPS实时单站测速和相对测速的误差比较与精度分析。在基于水声定位系统的水下动态载体的定位与测速及自适应滤波算法方面，研究了：基于分段入射角模型的水下定位算法；基于超短基线系统、多普勒测速仪和深海压力计的拖曳式水下航行器多传感器导航融合算法；顾及声线弯曲的浅海多目标水声定位算法；深度约束的浅海多目标声学定位方法；基于垂直约束的深海拖曳系统USBL/DVL组合导航算法。. 该项目的研究成果可为海底控制网建设、海底大地测量标志测定、海底地壳形变监测、海洋资源勘探、海面高程测量、海洋重力测量、海洋石油地球物理勘探、深海采矿以及其他一切涉及到使用动态浮标、载体和平台的海洋科学研究提供精密的定位技术及工作平台信息，也将为与其他导航定位系统（如：地磁导航、重力导航、INS组合导航、地形匹配导航等）的组合导航提供相应的技术支持。