第4章_长基线水声定位系统(LBL)汇总

水声定位算法学习总结一、无线传感器定位技术分类目前定位技术广泛地应用到各个领域，而且出现了很多定位算法，常用的定位方法有：到达角（Angel of Arrival，AOA）定位、到达时间（Time of Arrival，TOA）定位、到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）定位以及AOA／TOA、AOA／TDOA等混合定位的方法。

选择哪种定位方法要根据定位精度、硬件条件等因素来确定，但是最终目的是要用优化的方法得到满意的定位精度。

在没有时间同步信号时，往往采用TDOA定位方法，TDOA定位法可消除对移动台时间基准的依赖性，因而可以降低成本并仍然保证较高的定位精度，但是需要有较好的延时估计方法，才能保证较高的时延估计精度。

（1）基于测距的定位技术基于测距的定位方法依靠测量相邻节点之间的距离或者方向信息。

现在有很多成熟的算法被用于基于测距的定位。

例如TOA算法通过信号传播时间获取距离，TDOA算法利用接收从多个节点发出信号的时间差估测位置，而AOA算法则通过为每个节点设置天线阵列来测量节点间的相对方向角度值。

（2）无需测距的定位技术无需测距的定位方法不要求距离信息，只依靠有关待定位传感器与种子节点之间连通性的测量数据。

这种定位方法对硬件要求低，但是测量的准确度容易被节点的密度和网络条件所影响，因此不能被对精度要求高的基于WSN的应用采用。

二、三边定位和多变定位（1）信号强度（RSS，Received Signal Strength）通过信号在传播中的衰减来估计节点之间的距离，无线信道的数学模型PLd=PLd0-10nlogdd0-Xσ。

尽管这种方法易于实施，但却面临很多挑战。

首先信道由于受到信道噪声、多径衰减（Multi-path Fading）和非视距阻挡（Non-of- Sight Blockage）的影响[1]，具有时变特性，严重偏离上诉模型；其次衰减率会随外界环境的不同而发生相应改变。

长基线水下导航定位技术研究
基于几何原理的水声定位技术是当前水下目标导航定位的主流，本论文以长基线水下目标导航定位系统为背景，讨论了其关键技术，并阐述了无线电遥控基站硬件设计原理和PC机显控软件的设计方法。

长基线水下目标导航定位系统兼容于同步与异步两种工作方式，采用球面交汇(同步)或双曲面交汇(异步)定位方法，具有精度高、跟踪范围大的优点。

系统包含无线电、水声两种通信网络，其中无线电通信采用DSSS与TDMA技术，而水声则采用BFSK数字通信方式。

系统采用．并联自适应Notch滤波器组进行多频率通道的信号接收，并采用由瞬时频率方差(VIFD)检测器、能量检测器和鉴宽器构成的联合检测器抗干扰和串漏。

无线电遥控基站是整个网络的通信枢纽，论文采用DSP+FPGA结构，选用扩频电台和DGPS接收机来进行通信和自定位。

FPGA的应用降低了接口设计的复杂性和系统的硬件规模，提高了系
统工作可靠性。

论文的另一项主要工作是PC机显控软件的开发，软
件基于Visual C++6.0开发平台。

显控软件采用模块化设计思想，各模块由主控软件调用，方便了软件的开发、调试和维护。

专家系统和抗距离模糊是软件的核心算法，本文采用举手表决和初始位置装订相结合的软件抗距离模糊算法，具有算法简单、计算量小、重跟踪等优点。

第一章绪论1. 名词解释(1) 海洋测绘/海洋测绘学：研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布，及编制各种海图的理论和技术的学科。

(2) 海洋：海洋是地球表面包围大陆和岛屿的广大连续的含盐水域，是由作为海洋主体的海水水体、溶解和悬浮其中的物质、生活于其中的海洋生物、邻近海面上空的大气、围绕海洋周缘的海岸和海底等部分组成的统一体。

(3) 海岸带：海陆交互的地带，其外界应在15~20m等深浅一带，这里既是波浪、潮汐对海底作用有明显影响的范围，也是人们活动频繁的区域；其内界，海岸部分为特大潮汐（包括风暴潮）影响的范围，河口部分则为盐水入侵的上界。

(4) 海岸线：近似于多年平均大潮、高潮的痕迹所形成的水陆分界线。

(5) 潮上带（海岸）：高潮线以上狭窄的陆上地带，大部分时间里裸露于海水面之上，仅在特大风暴潮时才被淹没，故又称为潮上带。

(6) 潮间带（海滩）：高低潮之间的地带，高潮时被水淹没，低潮时露出水面，故又称为潮间带。

(7) 潮下带（水下岸坡）：低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分，又称为潮下带。

(8) 大陆边缘：大陆与大洋连接的边缘地带，也是大陆与大洋之间的过渡带。

通常由大陆架、大陆坡、大陆隆及海沟组成。

(9) 大陆架：大陆周围被海水淹没的浅水地带，是大陆向海洋底的自然延伸，其范围是从低潮线起以极其平缓的坡度延伸到坡度突然变大的地方（大陆架外缘）为止。

(10) 内海：亦称内水，指领海基线以内的水域。

(11) 领海：沿海国主权之下的、与其陆地或内海相邻接的一定宽度的水域。

(12) 领海基线：沿海国家测算领海宽度的起算线。

(13) 毗连区：一种毗连国家领海并在领海外划定的一定宽度、供沿海国行使关于海关、财政、卫生和移民等方面管制权的一个特定区域。

(14) 大陆专属经济区：领海以外并邻接领海，介于领海与公海之间，具有特定法律制度的国家管辖水域。

长基线定位系统原理一、引言长基线定位系统（Long Baseline Positioning System，LBPS）是一种高精度的定位技术，主要用于海洋、地球物理、天文等领域。

它利用多个测量站点之间的距离差异来确定目标位置，具有高精度、高可靠性和广泛适用性等优点。

本文将介绍LBPS的原理及其相关技术。

二、LBPS原理1. 多基线观测模型LBPS利用多个测量站点之间的距离差异来确定目标位置。

在一个三维空间中，假设有n个测量站点，每个站点都可以通过GPS等卫星导航系统获得自身的位置信息。

当目标物体出现在某个站点附近时，该站点将向其他所有站点发送一个信号，并记录信号发送和接收时间。

由于信号传播速度是已知的，因此可以根据这些时间信息计算出不同站点之间的距离差异。

2. 高精度定位算法在上述多基线观测模型下，需要设计一种高精度定位算法来确定目标位置。

常见的算法包括加权最小二乘法和卡尔曼滤波法。

其中加权最小二乘法是一种基于权重的优化算法，可以通过最小化测量误差的平方和来估计目标位置。

卡尔曼滤波法则是一种递归滤波算法，可以通过对测量数据进行预测和校正来估计目标位置。

三、LBPS技术1. 海洋测量LBPS技术在海洋测量中得到广泛应用。

在海底地形勘探中，可以利用多个声纳站点之间的距离差异来确定海底地形。

此外，在海洋生物学和海洋环境监测等领域也有着重要的应用。

2. 地球物理勘探LBPS技术在地球物理勘探中也有着广泛应用。

例如，在石油勘探中，可以利用多个钻井站点之间的距离差异来确定油田地下结构。

此外，在岩石力学和地震学等领域也有着重要的应用。

3. 天文观测LBPS技术还可以用于天文观测。

例如，在射电天文学中，可以利用多个射电望远镜站点之间的距离差异来确定天体位置。

此外，在空间天文学和星际导航等领域也有着重要的应用。

四、总结长基线定位系统是一种高精度的定位技术，利用多个测量站点之间的距离差异来确定目标位置。

它具有高精度、高可靠性和广泛适用性等优点，在海洋、地球物理、天文等领域都有着广泛的应用。

长基线声学定位系统在深水海管铺设的应用摘要：在深水海管铺设中，需要使用长基线定位系统（long baseline，LBL）对锚点、管端起点、终点、海管回接、短管测量等进行定位。

本文对在深水海管铺设中应用的LBL的设备组成、工作原理以及发展趋势进行了简介。

关键词：海管铺设、深水、长基线水深定位系统一、引言深海蕴藏了大量的油气资源，从国际能源署公布的数据看，近10年发现的超过1亿吨储量的大型油气田中，海洋油气占到60%，其中一半是在水深500米以上的深海，同时不断出现的新技术推动着深水石油开发工程的发展。

海底管线是油气集输的主要手段之一，是油气田建设中不可缺少的组成部分。

在浅水海管铺设中，可以使用DGPS、潜水员携带USBL等手段对锚点、管端起点、终点、海管回接、短管测量等进行定位。

但是在深水海管铺设作业中，无法使用上述手段由于作用距离短，无法进行深水定位。

随着水声定位技术的发展，长基线（long baseline，LBL）因其作用范围广、定位精度高（可达10mm）等优点，成为深水海管铺设作业的主要定位手段，基线长度可达数百米到千米。

二、LBL声学定位系统工作原理如图1所示，以最简单的三阵元海底基阵网为例。

首先利用水面船在阵中来回航行，并连续与应答器进行应答，确定各应答器A、B、C的坐标，坐标记为(X1，Y1，Z1)、（X2，Y2，Z2) 和(X3，Y3，Z3)。

海管上的收发器向海底基阵发出测距询问声信号，海底基阵元接收并向目标发送应答声信号，通过这种应答机制，测量目标到各阵元声波的往返时间，从而计算出各阵元与收发器的距离，通过距离计算获得目标的位置，阵元至定位目标距离观测值记为R1、R2、R3，设目标位置为( X，Y，Z)，则可以组成如下方程:(X－X1)2+(Y－Y1)2+(Z－Z1)2=R12(X－X2)2+(Y－Y2)2+(Z－Z2)2=R22(X－X3)2+(Y－Y3)2+(Z－Z3)2= R 32求解方程组即可得到目标三维坐标(X，Y，Z)。