水下控制网高精度解算方法研究

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水下控制网对于海底板块运动、水下导航定位、水下工程施工以及水下建筑物稳定性监测等水下科学研究及工程应用有着很重要的作用。本文针对水下控制网目前解算精度不高问题,开展研究,形成了一套高精度解算方法,提高了点位精度。具体工作及贡献如下:1)圆走航绝对基准传递中,当先验信息(如水深信息)缺失或不精确时,波束初始入射角无法精确获得导致最终定位精度差。为此,开展了入射角的计算方法研究,提出圆走航自约束波束入射角计算方法。该方法联合反向/正向声线跟踪和最小二乘距离交会,通过迭代计算不断修正入射角直至水下基准点坐标收敛,最终实现水下基准点高精度坐标的确定。2)圆走航绝对基准传递虽然平面精度很高,但其垂直精度较低。为此,开展了圆走航定位方法研究,推导给出圆走航定位精度模型,给出航行半径及SSP采样间隔的确定方案,为圆走航基准点高精度确定提供了实施依据;提出了基于深度约束的圆走航绝对基准传递方法,提高了圆走航的垂直精度。3)为解决水下控制网测量耗时长和解算精度低的问题,引入压力传感器测得的水下控制网点间深度差,提出了一整套基于深度差约束的水下控制网解算方法,包括深度差约束的水下网无约束平差方法、组合约束平差方法、联合约束平差方法及修正型约束平差方法,解决了水下控制网解算速度慢、垂直解精度不高问题。4)在模拟实验中,不同深度、几何入射角和SSP采样间隔的数据证明圆走航自约束波束入射角计算方法中,基于反向声线跟踪的方法定位精度较基于正向声线跟踪的方法高,但其执行速度远不如基于正向的方法。另外,圆走航定位精度模型获得了平均0.919的R-square值和平均0.197m的RMSE值。5)在松花湖野外实验中,用定位精度模型修正后的自约束入射角计算方法获得了2.5cm的平均定位精度以及2.0cm的平均垂直精度;深度约束的圆走航方法较普通圆走航在垂直精度上提高了4.2cm。野外实验也验证了水下控制网解算方法,深度约束的水下控制网无约束平差使得所有基线改正数皆在1.5cm以内;修正型约束方法获得了平均7.8cm的定位精度,相较组合约束或联合约束提高了3.4cm。
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