鄺英才，呂志平，蔡汶江，王方超

(1.信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.63883部隊(duì)，河南 洛陽 471000)

作為一個(gè)擁有300多萬平方千米海域的海洋大國，高精度、極可靠的海洋大地測量基準(zhǔn)能支持我國進(jìn)行海洋權(quán)益維護(hù)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展等一系列海洋活動(dòng)[1]。而海洋大地測量基準(zhǔn)的基礎(chǔ)，就是要建立起精確可靠的海洋大地測量控制網(wǎng)。1985年斯克里普斯海洋研究所(scripps institution of oceanography,SIO)的Spiess最早提出可以將GNSS/聲學(xué)定位結(jié)合進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海底控制點(diǎn)的建立[2]，以此原理為基礎(chǔ)，逐漸形成了實(shí)用性的GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量船將衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和水下定位系統(tǒng)聯(lián)系起來，利用測量船接收的GNSS觀測數(shù)據(jù)和水下聲學(xué)測距數(shù)據(jù)，對(duì)海底控制點(diǎn)進(jìn)行定位，具有設(shè)計(jì)簡單、操作方便快捷、成本相對(duì)較低、能得到海底控制點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)等特點(diǎn)，對(duì)我國高精度海洋大地測量控制網(wǎng)的建立和研究具有重要的參考價(jià)值。

自20世紀(jì)80年代以來，眾多學(xué)者對(duì)GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和探索。文獻(xiàn)[4—6]研究了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)解算策略和誤差處理方法；文獻(xiàn)[7—9]使測量船分別處于漂流、圓航跡、三角形航跡狀態(tài)下進(jìn)行定位試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[10]說明了均勻分布的航跡線對(duì)于提高定位精度的作用。近年來，歐洲、加拿大等地區(qū)的海底觀測網(wǎng)[11]以及正向全球化發(fā)展的地轉(zhuǎn)海洋學(xué)實(shí)時(shí)觀測陣(Argo計(jì)劃)[12]，都可以看作是GNSS/聲學(xué)系統(tǒng)模塊的衍生與發(fā)展。然而，現(xiàn)有研究大多利用動(dòng)態(tài)差分定位確定海上船載GNSS接收機(jī)位置，實(shí)際應(yīng)用中，這種定位方式容易受到作業(yè)距離或岸基基準(zhǔn)站分布的限制[13]。已有研究證明了動(dòng)態(tài)非差精密單點(diǎn)定位(precise point positioning,PPP)應(yīng)用于海上定位的可行性[14]，但其定位精度和實(shí)時(shí)應(yīng)用也受到更多誤差因素的制約。

針對(duì)目前的研究空白，本文著重討論了利用PPP進(jìn)行海上定位時(shí)影響GNSS/聲學(xué)系統(tǒng)定位精度的各類因素，并基于自編軟件，進(jìn)行海底控制點(diǎn)的仿真定位試驗(yàn)，驗(yàn)證部分因素的理論影響。

1 GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)

GNSS/聲學(xué)系統(tǒng)采用松耦合集成[15]的方案，以海面測量船為媒介，聯(lián)合GNSS衛(wèi)星和水下聲學(xué)測距技術(shù)，可以得到全球坐標(biāo)系統(tǒng)下的海底控制點(diǎn)坐標(biāo)。該系統(tǒng)包括GNSS衛(wèi)星星座、GNSS基準(zhǔn)站、測量船、海底控制點(diǎn)或應(yīng)答器。其工作原理如圖1所示。

圖1 GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)工作原理

海上采用非差方式進(jìn)行定位可以不受作業(yè)距離的限制，但卻無法消除部分誤差的影響。觀測值選用消電離層組合，結(jié)合IGS(International GNSS Service)軌道和鐘差產(chǎn)品，海上接收GNSS偽距和載波相位數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)PPP的觀測方程如下[16]

(1)

水下聲脈沖測距定位觀測方程可以概括為[17]

(2)

2 系統(tǒng)定位精度影響因素分析

GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩種不同定位方式的結(jié)合，將獨(dú)立工作的兩個(gè)系統(tǒng)集成到了一個(gè)統(tǒng)一的架構(gòu)下，其定位精度也因此會(huì)受到各系統(tǒng)單獨(dú)定位過程中各類誤差因素的制約及系統(tǒng)間數(shù)據(jù)融合處理方法的影響。此外，系統(tǒng)內(nèi)主要用于記錄數(shù)據(jù)的GNSS天線、電羅經(jīng)、慣性元件、換能器等多類傳感器，其設(shè)備精度也是不可忽視的重要誤差來源。

2.1 GNSS動(dòng)態(tài)定位相關(guān)影響因素

在動(dòng)態(tài)PPP中，觀測量采用非差形式，大部分誤差無法從數(shù)據(jù)組合的角度進(jìn)行消除，若再考慮海上作業(yè)環(huán)境的特殊性，陸上部分可以不予考慮的誤差源，將對(duì)海洋定位結(jié)果產(chǎn)生較大影響，如大洋負(fù)荷，對(duì)于靠近海岸進(jìn)行的短時(shí)段觀測或較高精度的動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位，都需要進(jìn)行大洋負(fù)荷的模型改正[16]。為敘述簡潔明了，本文將船載定位中的主要誤差統(tǒng)一稱為GNSS動(dòng)態(tài)定位誤差，即船位精度。通過簡單的公式推導(dǎo)可以得出結(jié)論：海底應(yīng)答器定位誤差隨船位誤差的增大而增大，受篇幅所限，具體推導(dǎo)不作詳述。作為建立海底控制點(diǎn)的海面基準(zhǔn)，對(duì)海上GNSS動(dòng)態(tài)定位中的各項(xiàng)誤差加以合理的約束和改正，是最終能得到較高精度位置結(jié)果的基礎(chǔ)。

2.2 測量船相關(guān)影響因素

2.2.1 測量船自身影響因素

測量船的噪聲源大致可分為：①設(shè)備機(jī)械噪聲，指在測量船進(jìn)行海上作業(yè)時(shí)，主機(jī)、螺旋槳等設(shè)備由于自身的運(yùn)作、附近氣流環(huán)境的影響等問題所輻射的噪聲；②水動(dòng)力噪聲，指海上水流影響所輻射的噪聲。其中，前者是更主要的噪聲影響，具體哪種設(shè)備影響較大則取決于頻率、航速、深度等的影響，如測量船處于高航速時(shí)，螺旋槳產(chǎn)生的噪聲影響更大[18]。

此外，在動(dòng)態(tài)海面環(huán)境中，測量船通常安裝4類傳感器：GNSS天線、電羅經(jīng)、姿態(tài)測量元件和換能器。其中，GNSS天線用于接收衛(wèi)星GNSS信號(hào)，確定船體位置；電羅經(jīng)用于測定航向參數(shù)，確定船體行進(jìn)方向；姿態(tài)測量元件用于測定姿態(tài)信息，確定船體瞬時(shí)姿態(tài)；換能器用于接收和發(fā)送聲學(xué)信號(hào)，與海底應(yīng)答器建立聯(lián)系。在未進(jìn)行相應(yīng)改正之前，其本身的安裝誤差，也是影響測量結(jié)果的一類系統(tǒng)誤差。

2.2.2 偏心改正和姿態(tài)改正

海上利用GNSS天線或船體中心作為參考點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位，而水下聲學(xué)定位通過船載換能器與海底應(yīng)答器進(jìn)行聲學(xué)信號(hào)的發(fā)送和接收，兩個(gè)定位點(diǎn)間存在角度偏移和距離偏移，為了得到高精度的海底定位結(jié)果，需要對(duì)這一偏差進(jìn)行改正，此即為測量船的偏心改正。若忽略這一改正，可以視作海面基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差。

另一個(gè)影響較大的因素來自船體的姿態(tài)變化。由于風(fēng)浪、湍流、海況等環(huán)境因素的影響，船體無法像陸地上的動(dòng)態(tài)定位一樣平穩(wěn)地在海平面上進(jìn)行，GNSS天線也隨之發(fā)生姿態(tài)變化，此時(shí)通過衛(wèi)星確定的定位點(diǎn)將不再準(zhǔn)確，因此姿態(tài)改正是必須考慮的影響因素。經(jīng)過姿態(tài)改正，海面及水下的各種觀測量可以在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下進(jìn)行討論，各類船載傳感器的位置誤差也得到了控制。

2.2.3 測量船航跡或海面基線網(wǎng)

無論是航跡或是基線網(wǎng)，都可以看作在k時(shí)刻和海底應(yīng)答器組成了一個(gè)幾何多面體，在忽略其他誤差的情況下，類似單點(diǎn)定位中的精度衰減因子(dilution of precision，DOP)，利用瞬時(shí)航跡點(diǎn)或浮標(biāo)位置，可以得到航跡或浮標(biāo)位置矩陣，其也是直接影響海底應(yīng)答器定位精度的因素之一。實(shí)際上，可把海底應(yīng)答器視作單點(diǎn)定位中的“測站”，船位或浮標(biāo)位置視作“衛(wèi)星”，則控制好二者所構(gòu)立體圖形的幾何強(qiáng)度，將是得到高精度海底定位結(jié)果的重要環(huán)節(jié)。

2.2.4 船速、航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)、觀測總數(shù)

假設(shè)在海面上選擇了一定量的航跡點(diǎn)，在每個(gè)航跡點(diǎn)上得到了必要的觀測量，則可以得到在此情況下應(yīng)答器坐標(biāo)δXρ1及相應(yīng)的協(xié)方差矩陣ΣδXρ1。保證其他條件不變，假設(shè)在上述情況的基礎(chǔ)上，增加航跡點(diǎn)和相應(yīng)的觀測數(shù)量，類似序貫平差的求解方法，可以寫出ΣδXρ2。根據(jù)矩陣反演公式和相應(yīng)的求跡運(yùn)算可以得到

tr(ΣδXρ2)

(3)

式(3)說明，在理論情況下，增加觀測數(shù)量，可以提高海底應(yīng)答器定位精度。但實(shí)際上，并不是較多的航跡點(diǎn)和觀測總數(shù)，就一定能保證得到高精度的最終結(jié)果。一方面，受測量船自身設(shè)備、復(fù)雜海洋環(huán)境等因素影響，每次航行所計(jì)劃的航跡點(diǎn)數(shù)量需在一定范圍內(nèi)，且過多的航跡點(diǎn)可能會(huì)影響海面基線網(wǎng)的幾何強(qiáng)度；另一方面，不是每一個(gè)航跡點(diǎn)上進(jìn)行的觀測都能保證其數(shù)據(jù)的可靠性，若增加了觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差的航跡點(diǎn)，可能會(huì)適得其反，降低應(yīng)答器的定位精度。因此，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出空間幾何圖形強(qiáng)度得到保證的較優(yōu)航跡線，使盡可能多且數(shù)據(jù)質(zhì)量高的航跡點(diǎn)參與最終的定位解算。

2.3 水下聲學(xué)定位相關(guān)影響因素

聲速在海水中會(huì)受到溫度、鹽度、靜壓力的綜合影響，其中溫度對(duì)聲速變化的影響最顯著。由于深海區(qū)域的溫度和鹽度分布更穩(wěn)定均勻，近海面區(qū)域的溫度有更大的波動(dòng)范圍，因此近海面區(qū)域的聲速往往在空間和時(shí)間上都會(huì)出現(xiàn)一定的擾動(dòng)現(xiàn)象[4]，反映出聲速結(jié)構(gòu)的不均勻性，也是水下聲學(xué)傳播最主要的影響因素。

聲波在海水中傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)能量耗散、被吸收，還受到不均勻的聲速結(jié)構(gòu)影響，其速度和方向均會(huì)瞬時(shí)變化，進(jìn)而產(chǎn)生聲線彎曲的現(xiàn)象，直接影響換能器和應(yīng)答器間的距離測定。此外，聲線彎曲限制了聲波傳播的有效距離，對(duì)于海底應(yīng)答器選址、基陣圖形的設(shè)計(jì)也有一定影響。在本系統(tǒng)中，一方面可以利用現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行聲線彎曲改正，另一方面，在進(jìn)行測量船航跡設(shè)計(jì)及航跡點(diǎn)選取時(shí)，需要考慮設(shè)計(jì)合理的觀測入射角，因?yàn)檫^大的入射角會(huì)增大聲速結(jié)構(gòu)變化的誤差影響[19]，從而造成水下觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量偏低。

2.4 應(yīng)答器相關(guān)影響因素

除開船載傳感器安裝誤差，若海底應(yīng)答器以陣列形式布設(shè)，則應(yīng)答器陣列作為一個(gè)整體，其性能也是直接影響定位結(jié)果的重要因素之一。提升應(yīng)答器陣列性能，需要考慮如選址、陣的方向性、構(gòu)型設(shè)計(jì)等問題。首先，對(duì)應(yīng)答器陣列進(jìn)行合理選址，必須充分考慮聲波的有效距離，因?yàn)閼?yīng)答器陣列所在海底地形對(duì)聲信號(hào)的有效傳播距離也有一定影響[20]。在有一定坡度的海底地段，若應(yīng)答器陣列沿坡布設(shè)，海面測量船在此海域航行過程中，其聲波有效距離可能會(huì)不停改變，不利于聲學(xué)信號(hào)的捕捉。其次，類似船體姿態(tài)變化的影響，應(yīng)答器陣列的方向性若不合適，無法避開一些強(qiáng)干擾源，將會(huì)影響聲學(xué)信號(hào)的接收和發(fā)射。在選擇出能夠進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整的應(yīng)答器或進(jìn)行了充分的安裝校準(zhǔn)后，可以忽略其對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。最后，陣列的構(gòu)型決定海底應(yīng)答器位置的校準(zhǔn)誤差[21]，且合理的構(gòu)型可以減弱聲學(xué)測距誤差，因此需要依據(jù)聲波有效距離，結(jié)合海面船航跡進(jìn)行海底陣型的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

2.5 其他影響因素

2.5.1 偶然誤差影響

包括信號(hào)識(shí)別和探測的影響、GNSS觀測值誤差、聲學(xué)觀測值誤差、傳感器量測誤差、測時(shí)誤差等。其中，信號(hào)探測的精度主要取決于聲學(xué)信號(hào)被其他誤差扭曲的程度；高精度設(shè)備可以控制各類量測誤差。

2.5.2 時(shí)間配準(zhǔn)

GNSS/聲學(xué)系統(tǒng)定位過程中包括多類觀測數(shù)據(jù)：GNSS數(shù)據(jù)、航向數(shù)據(jù)、姿態(tài)數(shù)據(jù)、聲學(xué)數(shù)據(jù)等。經(jīng)過偏心和姿態(tài)改正，可以在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下進(jìn)行解算，但由于不同數(shù)據(jù)的采樣率、頻率等也不同，還需要通過時(shí)間插值、延遲確定相關(guān)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚22]實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間時(shí)間的一致性。

3 仿真試驗(yàn)分析

3.1 仿真環(huán)境

為了更直觀地說明上述誤差源對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響，基于自編軟件，模擬了理想狀態(tài)下GNSS/聲學(xué)系統(tǒng)的工作環(huán)境。受篇幅所限，對(duì)定位過程中GNSS動(dòng)態(tài)定位精度、采樣率及航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)、應(yīng)答器陣列構(gòu)型3種主要影響因素進(jìn)行了仿真試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)設(shè)置見表1。其中，可以利用文獻(xiàn)[17]中提出的估計(jì)公式對(duì)聲學(xué)定位中最主要的誤差δρv進(jìn)行模擬。

表1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图皡?shù)估計(jì)設(shè)置

海上部分采用2017年9月29日在江蘇大豐港某海域，測量船出海約3 h實(shí)測的GPS觀測數(shù)據(jù)，采樣間隔為1 s。海底模擬點(diǎn)的初始布設(shè)參考文獻(xiàn)[17]提出的圓陣列方案：假設(shè)水下已布設(shè)3個(gè)控制點(diǎn)，處于海底半徑等于水深的同一圓上，其相對(duì)位置通過初步測量已經(jīng)得到?，F(xiàn)以模擬圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立海底測量坐標(biāo)系，x軸指向其中一點(diǎn)，使測量船軌跡大致以模擬圓心的海面正投影為中心分布。假設(shè)水深1.5 km，換能器每0.2 s記錄一次觀測值，將已考慮聲學(xué)系統(tǒng)誤差得到的斜距再加上絕對(duì)值為5 cm的隨機(jī)誤差，并利用角度關(guān)系轉(zhuǎn)換為模擬圓心坐標(biāo)的平均誤差偏離，從而計(jì)算得到換能器至模擬圓心的幾何“偽斜距”作為參與平差的等效水下模擬觀測值。利用高精度GNSS數(shù)據(jù)處理軟件Bernese動(dòng)態(tài)PPP功能對(duì)船測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)解算，選取若干點(diǎn)位以確定軌跡的大致中心位置，并將其正投影到“海底”，視為海底模擬點(diǎn)真值坐標(biāo)，作為與定位結(jié)果對(duì)比的參考。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)1：①其他條件不變，對(duì)海洋潮汐、極潮、天線相位纏繞等陸上厘米級(jí)影響的誤差因素不進(jìn)行模型改正，定位結(jié)果如圖2(a)所示；②在步驟①的基礎(chǔ)上，對(duì)所有誤差因素進(jìn)行模型改正，定位結(jié)果如圖2(b)所示。

圖2 GNSS動(dòng)態(tài)定位精度對(duì)應(yīng)答器坐標(biāo)解算的影響

由圖中對(duì)比可知，若對(duì)部分誤差因素不建立相應(yīng)的誤差模型加以改正，海底應(yīng)答器坐標(biāo)的解算效果將受到較大影響。處理相應(yīng)誤差后，X、Y方向上的定位偏差結(jié)果由0.1 m減小至0.05 m，Z方向上可以控制在1 dm以內(nèi)，3個(gè)方向上的定位精度均有不同程度的提高。這與2.1節(jié)的結(jié)論一致，說明在本系統(tǒng)中，提高海上船載GNSS動(dòng)態(tài)定位精度，將成為得到海底應(yīng)答器精確坐標(biāo)的重要步驟之一。

試驗(yàn)2：將原始觀測數(shù)據(jù)的采樣率由1 s分別改為5、10、15、20、25、30 s，分析應(yīng)答器三維坐標(biāo)精度隨采樣率和航跡點(diǎn)的變化如圖3所示。

圖3 采樣率和航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)答器坐標(biāo)解算的影響

由圖3(a)可知，當(dāng)采樣率為1 s時(shí)，海底控制點(diǎn)坐標(biāo)可達(dá)厘米級(jí)精度，隨著采樣間隔的增加，觀測總數(shù)相應(yīng)減少，海底控制點(diǎn)三維精度逐漸降低；當(dāng)采樣率為30 s時(shí)，應(yīng)答器位置偏差已接近2 m，表明觀測數(shù)量在一定程度上也影響著定位結(jié)果；由圖3(b)可知，隨著航跡點(diǎn)的增多，海上GNSS觀測量和海下聲學(xué)觀測量數(shù)量也相應(yīng)增加，海底控制點(diǎn)三維坐標(biāo)精度有了明顯提升。結(jié)合2.2.4節(jié)分析可以得出結(jié)論，在不影響海面基線網(wǎng)—海底應(yīng)答器空間幾何圖形強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)增加航跡點(diǎn)和觀測數(shù)量有助于改善最終的定位結(jié)果。

試驗(yàn)3：①在初始仿真的圓陣列基礎(chǔ)上，增加1個(gè)應(yīng)答器，即假設(shè)海底布設(shè)的是相對(duì)位置已知的4個(gè)控制點(diǎn)，如圖4(a)所示；②在初始仿真的圓陣列基礎(chǔ)上，增加2個(gè)應(yīng)答器，即假設(shè)海底布設(shè)的是相對(duì)位置已知的5個(gè)控制點(diǎn)，如圖4(b)所示；③在步驟②的基礎(chǔ)上，將其中一個(gè)控制點(diǎn)的布設(shè)位置沿半徑向圓心方向移動(dòng)500 m，如圖4(c)所示；④在步驟②的基礎(chǔ)上，將其中一個(gè)控制點(diǎn)的布設(shè)位置沿半徑向遠(yuǎn)離圓心方向移動(dòng)500 m，如圖4(d)所示。分別對(duì)4種方案各個(gè)方向上定位偏差結(jié)果的最大值、標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，STD)及均方根(root mean square，RMS)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見表2)。

圖4 4種不同的海底應(yīng)答器陣列構(gòu)型

表2 不同應(yīng)答器陣列構(gòu)型下定位結(jié)果最大偏差、標(biāo)準(zhǔn)差及均方根對(duì)比 cm

由表中數(shù)據(jù)可知，應(yīng)答器陣列的構(gòu)形不同，其定位結(jié)果也有所差異。以本試驗(yàn)所采用的海面測量船軌跡及應(yīng)答器間相對(duì)位置為例，當(dāng)應(yīng)答器的分布能保證整個(gè)陣列相對(duì)于船跡中心的海底投影點(diǎn)有較好的對(duì)稱性時(shí)，其三維精度能優(yōu)于分米級(jí)，如對(duì)于等邊三角形或正方形構(gòu)形的應(yīng)答器分布，以任一應(yīng)答器和投影點(diǎn)的連線為軸，陣列均為對(duì)稱圖形，可以減弱聲學(xué)測距誤差的影響。對(duì)比不同個(gè)數(shù)應(yīng)答器的定位結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一味地增加應(yīng)答器個(gè)數(shù)并不能提高定位精度，基線長度不合理或空間圖形幾何強(qiáng)度較差均有可能降低結(jié)果可靠程度。此外，得到的虛擬圓心坐標(biāo)在X、Y方向上的定位偏差結(jié)果均優(yōu)于Z方向，X、Y方向上的標(biāo)準(zhǔn)差和最大偏差統(tǒng)計(jì)結(jié)果均小于Z方向，推測原因是與本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的圓陣列及測量船運(yùn)動(dòng)范圍有關(guān)，保證應(yīng)答器布設(shè)的對(duì)稱性和聲學(xué)信號(hào)傳播時(shí)間的基本一致性，在假設(shè)聲速只在水深方向變化的前提下，可以認(rèn)為δρv在模擬圓心水平方向坐標(biāo)的影響較小。

4 結(jié) 論

本文介紹了目前在海底控制點(diǎn)的建立中被廣泛運(yùn)用的GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)，在采用非差方式進(jìn)行測量船位置確定的前提下，詳細(xì)分析了組合式系統(tǒng)定位過程中可能存在的各類影響因素，從理論原理的角度推導(dǎo)了部分具體的誤差影響，并基于自編軟件，利用仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了相應(yīng)結(jié)論。試驗(yàn)?zāi)M了GNSS/聲學(xué)定位環(huán)境，采用2017年9月29日在江蘇大豐港某海域約3 h的實(shí)測數(shù)據(jù)及模擬的水下測距數(shù)據(jù)，分別驗(yàn)證了3類主要誤差因素對(duì)定位結(jié)果的影響，由試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

(1) 作為系統(tǒng)確定海底應(yīng)答器位置的決定性環(huán)節(jié)，船載GNSS動(dòng)態(tài)PPP精度直接影響了最終的定位結(jié)果，將各項(xiàng)誤差加以合理的約束和改正后，3個(gè)方向上的定位精度均能達(dá)到厘米級(jí)。

(2) 當(dāng)采樣時(shí)間間隔縮短或航跡點(diǎn)增多時(shí)，海上海下觀測量增加，海底控制點(diǎn)三維坐標(biāo)精度有明顯提升，結(jié)合觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等因素，建議進(jìn)行航線設(shè)計(jì)時(shí)，在保證海面海底空間幾何圖形強(qiáng)度的前提下，應(yīng)適當(dāng)增加航跡點(diǎn)和觀測總數(shù)。

(3) 不同于航跡點(diǎn)，增加應(yīng)答器個(gè)數(shù)不一定能改善定位結(jié)果，但若能保證應(yīng)答器分布具有高度的對(duì)稱性，且其構(gòu)型有較合理的基線長度和較強(qiáng)的幾何強(qiáng)度，則可以減弱聲學(xué)測距誤差，進(jìn)而得到精確的定位坐標(biāo)。

我國在海底大地控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的研究還很少，受篇幅所限，本文對(duì)于實(shí)際確定海底控制點(diǎn)過程中的一些細(xì)節(jié)問題未展開詳細(xì)討論，如航線設(shè)計(jì)、聲線修正、時(shí)間配準(zhǔn)等方面。如何得到更有效、更利于我國實(shí)際應(yīng)用的GNSS/聲學(xué)定位系統(tǒng)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理策略，這也將是下一步需要進(jìn)行深入研究的重點(diǎn)。