CN110121662A - 海上gnss参考站装置、海上gnss定位系统以及生成海上定位参考数据的方法 - Google Patents

海上gnss参考站装置、海上gnss定位系统以及生成海上定位参考数据的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110121662A
CN110121662A CN201780081478.3A CN201780081478A CN110121662A CN 110121662 A CN110121662 A CN 110121662A CN 201780081478 A CN201780081478 A CN 201780081478A CN 110121662 A CN110121662 A CN 110121662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gnss
marine
data
reference station
transponder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780081478.3A
Other languages
English (en)
Inventor
马修·鲍威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sonardyne International Ltd
Original Assignee
Sonardyne International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sonardyne International Ltd filed Critical Sonardyne International Ltd
Publication of CN110121662A publication Critical patent/CN110121662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/04—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing carrier phase data
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/03—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers
    • G01S19/07—Cooperating elements; Interaction or communication between different cooperating elements or between cooperating elements and receivers providing data for correcting measured positioning data, e.g. DGPS [differential GPS] or ionosphere corrections
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry
    • G01S19/44—Carrier phase ambiguity resolution; Floating ambiguity; LAMBDA [Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment] method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/38—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for water-covered areas
    • G01V1/3817—Positioning of seismic devices
    • G01V1/3835—Positioning of seismic devices measuring position, e.g. by GPS or acoustically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/51—Relative positioning

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oceanography (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

一种海上GNSS参考站装置(102)包括：处理资源(118)和水声通信单元(115)。水声通信单元(115)包括水声换能器(116)，水声通信单元(115)被布置为与处理资源(118)协作以便计算位置。装置(102)还包括GNSS天线(128)站点和可操作地耦合到处理资源(118)的方向确定单元(124)。方向确定单元(124)被布置为确定与GNSS天线(128)站点以及水声通信单元(115)的水声换能器(116)相关联的方向。

Description

海上GNSS参考站装置、海上GNSS定位系统以及生成海上定位 参考数据的方法
技术领域
本发明涉及一种例如能够支持海上地理定位的类型的海上GNSS参考站装置。本发明还涉及一种例如支持海上GNSS地理定位的类型的海上GNSS定位系统。本发明还涉及一种例如支持海上GNSS地理定位的类型的生成海上定位参考数据的方法。
背景技术
在地理定位领域，全球导航卫星系统(GNSS)已经被发展，以便可以确定个人和/或车辆的位置。在这种系统中，地理定位设备由个人或车辆携带并接收由环绕地球运行的卫星群的子集发射的扩频信号。地理定位设备接收到的信号按照应用明确的代码或伪距观测以及三元数原理的已知技术进行处理，以确定地理定位设备的位置，从而能够确定个人或车辆的位置。典型GNSS的固有精度是几米，这对于很多定位应用是足够的。然而，一些应用要求以分米或厘米级的定位。在这方面，存在所谓的“GNSS增强”技术以提高精度。
在这方面，对于需要提高精度水平的应用，可以使用实时动态(RTK)技术。该技术需要陆基固定“基站”，其配备有能够进行地理定位的GNSS接收器，GNSS接收器的天线的位置是已知的。RTK技术是基于消除流动地理定位设备和基站的GNSS接收器常见的误差。更具体地，RTK技术使用模糊载波相位观测，其比上面提到的使用无模糊码观测的技术精确几个数量级。与基站相关联的载波相位和代码观测被发送到流动地理定位设备，然后流动地理定位设备的GNSS接收器处理它自己的观测和接收到的与基站相关联的载波相位以及代码观测并解算相对载波相位模糊，给出地理定位设备相对于基站的厘米精确位置。在这方面，高精度GNSS接收器可以在例如一分钟内快速地解算载波相位模糊。
RTK技术的变体称为“网络RTK”，它使用多个基站并能够更精确地模拟大气变化引起的距离相依误差和由GNSS卫星广播的卫星轨道模型中的误差。因此，可以向地理定位设备提供最佳的位置特定的数据，例如与地理定位设备附近的所谓“虚拟参考站”相对应的观测。因此，可以使用网络RTK提供与使用上面描述的RTK技术提供的服务相同的服务，但是使用的基站比使用一组独立的RTK基站要少。
然而，解算载波相位模糊的能力取决于给定的基站或虚拟参考站与地理定位设备之间的距离(称为基线)。例如，当基站和地理定位设备之间的基线超过40km时，载波相位模糊的解算可能被阻碍。
当地理定位设备到陆基GNSS RTK基站的距离防止所谓的模糊固定的RTK解决方案时，地理定位设备的GNSS接收器(如果适当地装备)可以恢复使用差分GNSS“浮动”技术，其精度比上述的模糊固定的RTK解决方案低一个数量级。
可选地，如果订阅，地理定位设备可以使用GNSS精确点定位(PPP)技术。PPP采用陆基参考站的全球网络来计算对GNSS卫星时钟和轨道模型(星历数据)的修正。修正典型地通过卫星或因特网传播到地理定位设备，并由地理定位设备的GNSS接收器应用以在不需要GNSS基站的情况下计算地理定位设备的分米级或更好的位置。PPP技术还可以支持电离层总电子含量和对流层延迟的建模和传播。
PPP需要时间以收敛到分米精度，例如在约20到40分钟之间，以减少尤其是局部大气效应和信号多径效应等的影响。最近，所谓的“模糊解算的PPP”已经证明改进的精度。
然而，一般来说，PPP和差分GNSS浮动定位技术的精度都明显低于“短基线”RTK技术。在海上地理定位方面，恢复使用这种精度较差的技术可能例如限制海底应答器的测量精度和/或延长测量收集的持续时间。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种海上GNSS参考站装置，包括：处理资源；水声通信单元，包括水声换能器，水声通信单元被布置为与处理资源协作以便在使用时计算位置。
装置还可包括：GNSS天线站点；以及可操作地耦合到处理资源的方向确定单元，方向确定单元可被布置为确定与GNSS天线站点以及水声通信单元的水声换能器相关联的方向。
位置可与GNSS天线站点的位置相关联。
装置还可包括：可操作地耦合到处理资源的无线通信模块。
计算的位置可以是水声换能器的位置；以及处理资源可被布置为计算在水声换能器的位置与GNSS天线站点的位置之间延伸的矢量；可使用预定的杠杆臂偏移和由方向确定单元确定的方向来计算矢量。
处理资源可被布置为使用计算出的矢量来转换水声换能器的位置以得到GNSS天线站点的位置；GNSS天线站点的位置可以是GNSS天线站点相对于海床参考系的三维位置。
装置还可包括：被布置为进行GNSS信号观测的GNSS接收器，GNSS信号观测包括伪距测量和载波相位测量；其中处理资源可被布置为将由GNSS接收器生成的表示GNSS信号观测的数据存储作为GNSS观测数据。
GNSS信号观测可以包括信噪比。GNSS信号观测可包括多普勒频率测量。
水声通信单元可被布置为进行距离相关的测量。
处理资源可被布置为修改由GNSS接收器生成的表示GNSS信号观测的数据，以便对应于从预定的静态伪观测位置进行的测量，并将修改的数据存储为GNSS观测数据。
预定的静态伪观测位置可以是在大致水平的平面中预定区域的中心。
方向确定单元可以是惯性测量单元。
惯性测量单元可包括加速度计和陀螺仪。
方向确定单元可被布置为从GNSS观测数据计算GNSS天线站点的方向。
GNSS观测数据可从可操作地耦合到第一GNSS天线和第二GNSS天线的GNSS接收器以及可操作地耦合到第三GNSS天线和第四GNSS天线的另一GNSS接收器接收。
水声换能器可以是声学收发器。
位置可以是声学上得出的位置。
处理资源可被布置为支持参考系转换单元，参考系转换单元可被布置为接收位置以及将位置从第一参考系中的表达转换到第二参考系。
无线通信模块可被布置为广播GNSS观测数据。无线通信模块可被布置为广播GNSS天线站点的位置。
无线通信模块可被布置为广播修改的数据和预定的静态伪观测位置。无线通信模块可被布置为接收来自其他基站的其他GNSS观测数据和其他位置数据。
GNSS接收器可被布置为接收精确点定位数据；以及处理资源可被布置为支持精确点定位处理单元；精确点定位处理单元可被布置为接收精确点定位数据，并使用精确点定位数据计算GNSS天线站点的GNSS得出的位置。
GNSS接收器可以是双频GNSS接收器。
GNSS接收器可被布置为接收精确点定位数据；以及处理资源可被布置为支持精确点定位处理单元；精确点定位处理单元可被布置为接收精确点定位数据，并使用精确点定位数据计算GNSS天线站点的GNSS得出的位置；以及处理资源可被布置为计算使用精确点定位数据计算出的GNSS天线站点的GNSS得出的位置与GNSS天线站点的位置之间的偏移。
装置还可包括壳体，壳体被布置为支持其在水生环境中的运动。壳体可包括系索锚固点。
装置还可包括动力的运动单元。
处理资源可被布置为估计水中的声音的平均速度，声音的平均速度随时间被追踪。
处理资源可被布置为计算水声换能器的深度，以及处理资源可被布置为估计从预定的近似声速剖面估计对水柱中的声速的折射修正。
根据本发明的第二方面，提供了一种海上RTK GNSS参考站，包括如上关于本发明的第一方面所述的海上GNSS参考站装置。
根据本发明的第三方面，提供了一种海上PPP GNSS参考站，包括如上所述的关于本发明的第一方面的海上GNSS参考站装置。
根据本发明的第四方面，提供了一种海上GNSS定位系统，包括：如上关于本发明的第一方面所述的海上GNSS参考站装置；以及多个水声参考应答器；其中水声通信单元被布置为测量相对于多个水声参考应答器的每个水声参考应答器的相应的双向行程时间。
多个水声参考应答器可以是至少四个水声参考应答器。
多个水声参考应答器可以是至少六个水声参考应答器。
处理资源可被布置为估计平均声速空间梯度。
海上GNSS参考站可被布置为将位置维持在多个水声参考应答器的中心的附近。
处理资源可被布置为与水声通信单元协作，以便估计水声换能器相对于多个水声参考应答器的位置。
水声换能器的估计的位置可以在由多个水声参考应答器定义的参考系中。
系统还可包括：被布置为接收GNSS观测数据以及GNSS天线站点相对于由多个水声参考应答器定义的参考系的位置的流动GNSS装置；以及流动GNSS装置可被布置为计算与流动GNSS装置的GNSS天线站点相对于GNSS参考站的GNSS天线站点的位置的位置相关联的相对位置矢量。
系统还可包括：远程处理资源，被布置为接收广播的GNSS观测数据和广播的位置数据。
系统还可包括：包括远程处理资源的另一海上GNSS参考站装置。
系统还可包括：陆基GNSS参考站装置。
陆基GNSS参考站装置可以包括：远程处理资源。
陆基GNSS参考站装置可具有其所使用的系统级参考系，以及陆基GNSS参考站装置可被布置为将海上GNSS参考站装置的GNSS天线站点的位置转换到陆基GNSS参考站装置所使用的系统级参考系。
陆基GNSS参考站可具有其所使用的系统级参考系，以及海上GNSS参考站装置可被布置为将海上GNSS参考站装置的GNSS参考天线站点的位置转换到陆基GNSS参考站装置所使用的系统级参考系。
系统还可包括：多个海上GNSS参考站装置；多个海上GNSS参考站装置可包括海上GNSS参考站装置。
多个海上GNSS参考站装置可具有分配给其的公共参考系；以及海上GNSS参考站装置可被布置为将海上GNSS参考站装置的GNSS天线的位置转换到分配给多个海上GNSS参考站装置的公共参考系。
系统还可包括：陆基GNSS参考站装置。
多个海上GNSS参考站装置可包括：至少三个海上GNSS参考站装置。
陆基GNSS参考站装置和多个海上GNSS参考站装置一起可提供至少三个参考站装置。
流动GNSS装置可被布置为从至少三个参考站装置分别接收发送的GNSS观测数据和发送的天线位置数据，以及使用接收到的相应的发送的GNSS观测数据和接收到的相应的发送的位置数据来估计流动GNSS装置的位置。
根据本发明的第五方面，提供了一种实时动态GNSS定位系统，包括如上关于本发明的第一方面所述的海上GNSS参考站装置。
根据本发明的第六方面，提供了一种实时动态GNSS定位系统，包括如上关于本发明的第四方面所述的海上GNSS定位系统。
根据本发明的第七方面，提供了一种网络实时动态GNSS定位系统，包括如上关于本发明的第一方面所述的海上GNSS参考站装置。
根据本发明的第八方面，提供了一种生成海上定位参考数据的方法，方法包括：通过水声学地确定位置；关于位置进行GNSS观测；确定与GNSS天线站点和声学地确定的位置相关联的方向。
GNSS观测数据可包括伪距测量数据和载波相位测量数据。
通过水声学地确定的位置可以是相对于多个水声参考应答器确定的。
根据本发明的第九方面，提供了一种生成实时动态参考数据的方法，包括如上关于本发明的第八方面所述的生成海上定位参考数据的方法。
方法还可包括：广播GNSS观测和相关联的位置。
方法还可包括：GNSS观测的生成包括修改GNSS观测以与从预定的静态伪观测位置进行的测量相对应。
根据本发明的第十方面，提供了一种确定位置的方法，方法包括：如上关于本发明的第八方面所述的生成海上定位参考数据的方法；广播GNSS观测和位置；在待确定的位置处接收广播的GNSS观测和广播的位置；关于待确定的位置进行局部GNSS观测；以及使用接收到的广播的GNSS观测和广播的位置以及局部GNSS观测数据来估计相对位置矢量。
根据本发明的第十一方面，提供了一种确定海底通信单元的位置的方法，方法包括：如上关于本发明的第八方面所述的生成实时动态参考信号的方法；流动GNSS装置接收广播的GNSS观测和位置；使用接收的广播的GNSS观测和广播的位置以及局部生成的GNSS观测，确定流动GNSS装置的位置；以及流动GNSS装置进行相对于海底通信单元的声学测距。
方法还可包括：流动GNSS装置按照装箱(boxing-in)方案环航一个或多个水声参考应答器；分别相对于一个或多个水声参考应答器进行双向行程时间测量；以及估计关于包括一个或多个水声参考应答器的水柱的平均声速。
平均声速可以是水声换能器与水声参考应答器之间的调和均值。
方法还可包括：使用反回声测深仪确定平均声速的空间变化。
方法还可包括：将一个或多个水声参考应答器与相应数量的声速传感器相结合；测量声速传感器对之间的双向行程时间；使用测量的双向行程时间，改善水下参考应答器的位置。
根据本发明的第十二方面，提供了一种计算由海上GNSS参考站装置使用的水声参考应答器的位置的方法，方法包括：使用流动GNSS装置测量多个水声参考应答器的水声参考应答器，以便使用第一定位技术计算水声参考应答器的位置；海上GNSS参考站装置传送GNSS参考数据和对应于海上GNSS参考站装置的GNSS天线的位置的声学上得出的位置，声学上得出的位置基于多个水声参考应答器的相应位置；测量水声参考应答器以便使用第二定位技术确定水声参考应答器的更新位置。
第二声学定位技术可在第一声学定位技术之后使用，第二声学定位技术是实时动态定位技术。
方法还可包括：从海上GNSS参考站装置远程地接收GNSS参考数据和声学上得出的位置；其中水声参考应答器的更新位置的确定包括使用接收的GNSS参考数据和声学上得出的位置。
第一定位技术可以是精确点定位技术。
方法还可包括：提供水声参考应答器的更新位置到海上GNSS参考站装置。
方法还可包括：海上GNSS参考站装置使用水声参加应答器的更新位置计算与GNSS天线对应的位置。
方法还可包括：与流动GNSS装置远程地计算水声参考应答器的更新位置。
水声参考应答器的更新位置的计算可以在陆基处理站处。
水声参考应答器的更新位置可以在海上GNSS参考站装置处被计算。
水声参考应答器的更新位置可以在另一海上GNSS参考站装置处被计算。
测量水声参考应答器可包括：关于水声参考应答器计算多个双向行程时间。
水声参考应答器的测量以确定更新位置可包括：使用装箱方案。
多个水声参考应答器可包括在使用第一定位技术确定的位置处的另一水声应答器；
方法还可包括：测量另一水声应答器以便使用第二定位技术来确定另一水声应答器的更新位置。
测量水声参考应答器可包括：流动GNSS装置跟随关于水声参考应答器的大体上圆形的路径。
使用第二定位技术确定水声参考应答器的更新位置可包括：计算流动GNSS装置的位置，流动GNSS装置的方向以及流动GNSS装置的速度。
方法还可包括：传送使用第二定位技术计算的位置，流动GNSS装置的方向以及进行的声学测量以使用第二定位技术计算流动GNSS装置的位置。
方法还可包括：传送由流动GNSS装置收集的GNSS观测数据，流动GNSS装置的方向和与收集的GNSS观测数据相关联的进行的声学测量。
水声参考应答器的更新位置可被实时计算或近似实时计算。
水声参考应答器的更新位置的计算可以在时间上被推迟。
方法还可包括：记录GNSS观测数据，流动GNSS装置的方向和与流动GNSS装置相关联的声学测量数据。
水声参考应答器的更新位置可以是三维位置。
测量水声参考应答器可包括估计流动GNSS装置的换能器与水声参考应答器之间的声速。
方法还可包括：使用预定的声速剖面对声速的估计应用折射补偿。
水声参考应答器的测量以确定更新位置可包括：跟随随时间而空间地变化的路径，从而能够估计声音的速度相对于垂直距离的时间变化和空间变化。
方法还可包括：使用反回声测深仪独立地确定平均声速。
方法还可包括：选择多个水声参考应答器中的至少三个；以及使用至少三个水声参考应答器计算声音的速度。
方法还可包括：选择多个水声参考应答器中的至少六个；以及使用至少六个水声参考应答器计算声音的速度。
方法还可包括：另一流动GNSS装置测量水声参考应答器，以便使用第二定位技术确定水声参考应答器的更新位置。
方法还可包括：使用使用流动GNSS装置确定的水声参考应答器的更新位置以及使用另一流动GNSS装置确定的水声参考应答器的更新位置，计算水声参考应答器的平均更新位置。
根据本发明的第十三方面，提供了一种应答器位置确定系统，包括：海上流动GNSS装置；海上GNSS参考站装置；以及包括具有使用第一定位技术确定的已知位置的水声参考应答器的多个水声参考应答器；其中水声参考应答器被布置为与海上流动GNSS装置和海上GNSS参考站装置声学地通信；海上GNSS参考站装置被布置为传送GNSS参考数据和对应于海上GNSS参考站装置的GNSS天线的位置和与GNSS天线相关联的方向的声学上得出的位置，声学上得出的位置基于多个水声参考应答器的相应位置；以及流动GNSS装置被布置为测量水声参考应答器以便使用第二定位技术确定水声参考应答器的更新位置。
因此，有可能提供一种能够支持海上GNSS定位的装置和方法，与现有系统相比具有改进的精度以及装置收敛至厘米精度的缩短的时间。实际上，对于油气田和场地(以及其他应用)，在油田的整个生命周期内保持GNSS参考能力是可能的。远离易受沉降影响的场地的区域而定位参考信标阵列，并将精确的三维定位转移到易受沉降影响的场地也是可能的。此外，可以使用低成本信标，如果需要，可以定期更换信标。该装置和方法还允许以比其他已知系统(例如所谓的水下GNSS(GPS)系统)更低的成本和更准确地实现海底定位。使用该方法和装置还可以扩大或扩展现有的PPP和RTK系统。
附图说明
本发明的至少一个实施例现在将参照附图仅以示例的方式进行描述，其中：
图1是包括海上GNSS参考站装置并构成本发明的实施例的海上参考站系统的示意图；
图2是构成本发明的另一实施例的生成定位参考数据的方法的流程图的示意图；
图3是构成本发明进一步实施例的流动舰的示意图；
图4是海上定位系统的示意图；
图5是使用图4的系统确定位置的方法的流程图；
图6是构成本发明进一步实施例的定位系统中的基站的网络的示意图；
具体实施方式
在以下描述中，将使用相同的附图标记来标识相似的部件。
参见图1，舰(vessel)100包括海上GNSS参考站装置102。在本示例中，舰100是轮船，但是本领域技术人员应当理解，舰不需限于轮船，也可以使用其他舰。在这方面，替代舰，海上GNSS参考站可以包括能够支持其在水生环境中运动的壳体。事实上，海上GNSS参考站装置102可以包括能够在水声环境中承载海上GNSS参考站装置的任何适当的舰，例如，有浮力的水密的壳体。在一些示例中，舰100可以拴在海床104上。在这样的示例中，壳体可以包括系索锚固点。在其他实施例中，海上GNSS参考站装置102由运动单元驱动，例如推进和/或转向的形式，如耦合到合适的转向资源的发动机或电动电机。
海上参考系统包括海上GNSS参考站装置102和放置在海床104上的多个海底声学参考应答器106，例如至少4个应答器(如至少六个应答器)。在本示例中，第一海床声学应答器108，第二海床声学应答器110，第三海床声学应答器112，和第四海床声学应答器114。放置在海底或海床104上的多个海底声学参考应答器106彼此以间隔关系放置并且在舰100的通信范围内。多个海底声学参考应答器106构成应答器网络，驻留在参考平面中，以下简称海床参考系。
海上GNSS参考站装置102包括第一水声通信单元115，第一水声通信单元115包括第一声学应答器，例如能够与多个海底声学参考应答器106通信的第一声学收发器116。第一声学收发器116可操作地耦合到第一处理资源118，第一处理资源118支持参考系转换单元132。第一处理资源118可操作地耦合到第一无线通信模块120，GNSS接收器122和第一方向确定单元，例如第一惯性测量单元124(在本示例中包括加速度计和陀螺仪)。在本示例中，GNSS接收器122是单频率GNSS接收器。然而，在其他示例中，可使用双频率GNSS接收器。应当理解的是，第一处理资源118可以在自然界中分布，并且可以包含GNSS接收器122的处理能力。
第一通信模块120可操作地耦合到第一通信天线126用于射频(RF)通信。在本示例中，第一通信模块120包括组件和逻辑以根据RTCM SC-104标准中的一个或多个支持位置相关数据的广播。GNSS接收器122可操作地耦合到配置在舰100上的第一天线站点(未显示)处的第一GNSS天线128。如将理解的，第一天线站点和第一声学收发器116之间存在相对位置关系并且这被称为杠杆臂，是描述第一天线站点和第一声学收发器116的位置中的差异的平移。
第一惯性测量单元124被提供用于计算第一天线站点和第一声学收发器116之间的杠杆臂的方向。在这方面，该方向与第一天线站点和第一声学换能器116相关联。在一些实施例中，可替换地，第一天线站点的方向可通过使用第一GNSS接收器和第二GNSS接收器(未显示)来确定，第一GNSS接收器可操作地耦合到第一GNSS天线(未显示)和第二GNSS天线(未显示)，并且第二GNSS天线可操作地耦合到第三GNSS天线(未显示)和第四GNSS天线(未显示)。就这一点而言，第一、第二、第三和第四GNSS天线按间隔关系布置。在本示例中，第一方向确定单元从第一和第二GNSS接收器接收GNSS观测数据并使用接收的GNSS观测数据确定第一天线站点的方向。虽然在本示例中使用了四个GNSS天线，但是技术人员应当理解使用由三个天线接收的GNSS信号可以确定方向。
如上所述，舰100是海上舰，并且因此被布置在水体中，例如海洋130中，并且事实上，在本示例中，舰100漂浮在海面上。
在操作中(图2)，舰100被部署在水体中，例如，在海上，并且定位于经校准(步骤200)的多个海底声学参考应答器106之上。这种初始校准涉及每个应答器的常规装箱(boxing-in)或任何其他合适模式，以使用由水面舰(实时或后处理的)声学范围和GNSSPPP观测确定应答器坐标，并且可能包括应答器到应答器的声学测距(图1)。海上GNSS参考站装置102需要在多个海底声学参考应答器106中的至少四个的通信范围内。多个海底声学参考应答器106可专门布置用于服务作为GNSS海上参考系统的一部分的海上GNSS参考站装置102的目的，或可布置用于其他目的，例如用于其他海底应用，但能够与海上GNSS参考站装置102声学上地通信。不过，不论最初用途为何，海上GNSS参考系统包括海底应答器。
第一处理资源118指示第一声学收发器116询问多个海底声学参考应答器106，每个海底声学参考应答器106分别向第一声学收发器116发送应答。水声通信单元115操作内部时钟以确定飞行时间并考虑参考应答器的周转时间来计算双向行程时间(步骤202)。然后可以使用任何确定距离的适当技术来确定从第一声学收发器116到对第一声学收发器116发出的询问信号答复的多个海底声学参考应答器106的每个的单独的距离。利用已知的处理技术，第一处理资源118计算第一声学收发器116在由多个海底声学参考应答器106所定义的参考系内的位置，因此第一声学换能器116的位置相对于多个海底声学参考应答器106被计算。由于所使用的技术并不是理解本文所述发明概念的关键，在海底参考应答器参考系中确定第一声学收发器116的位置的处理过程将不再作进一步说明。
同时，第一处理资源118从GNSS接收器122获取(步骤204)GNSS数据。GNSS数据包括信号观测数据，例如伪距测量和载波相位测量。GNSS数据可以包括其他信号观测，例如信噪比和/或多普勒频率测量。
此外，第一惯性测量单元124获取(步骤206)舰100的方向的测量，因此获取在进行声学测量和获取GNSS数据时第一天线站点的方向和第一声学收发器116的方向。
第一天线站点与第一声学收发器116之间的杠杆臂被称为这两个实体之间的固定关系，因此这个先验信息被存储为用于由第一处理资源118使用的参数。如果先验信息不可用，应当理解，可以使用任何适当的后处理技术来确定杠杆臂，例如使用适当设计的方法。因此，第一声学收发器116的位置与第一天线站点的位置相关联。使用获得的方向的测量和已知的杠杆臂，第一处理资源118计算第一声学收发器116的位置与第一天线站点的位置之间的矢量，使得可以在多个海底声学参考应答器106的参考系中确定天线站点的位置(步骤208)。在另一个示例中，如果启用，则参考系转换单元132将在多个海底声学参考应答器106的参考系中表示的天线的位置转换(步骤208)为在第二参考系(例如国际地球参考系(ITRF))中表示的位置。这是参考系转换单元132的示例，它将声学上得出的位置从第一参考系中的表达转换到第二参考系。从声学参考系转换到ITRF的转换(例如坐标向量)可以被获得作为在一段持续时间(例如一天)内观测到的声学上得出的位置与PPP GNSS位置(实时或后处理的，例如使用国际GNSS服务(IGS)提供的所谓的最终轨道产品)之间的平均差值。第一天线站点的声学上得出的位置是第一天线站点相对于海床参考系的三维位置。
从GNSS接收器122获得的GNSS数据与GNSS天线站点的声学上得出的位置一起被传送到第一无线通信模块120，第一无线通信模块120广播(步骤210)GNSS观测数据和GNSS天线站点的声学上得出的位置，这可由利用差分GNSS原理的其它海上地理定位硬件使用。
为了提高GNSS天线站点的声学上得出的位置的精度，在本示例中，第一处理资源118估计水中的声音的速度，例如声音的平均速度(步骤208)。在这方面，第一处理资源118保持计算出的声音的速度的记录，以便跟踪声音的速度随时间的变化。当确定第一声波收发器116在海床104以上的高度(即第一声学换能器116的深度)时，跟踪的声速数据可以用来提高精度。在这方面，随着水中的平均声速随时间的变化，第一声学换能器的计算的高度随着平均声速的变化而精度降低。第一处理资源118除了估计平均声速的时间变化外，还可以估计平均声速的空间变化，以进一步提高精度。例如，可以使用相对于海底应答器的相对北方和东方坐标的平均声速梯度来模拟空间变化。
由于收发器-应答器矢量与垂直方向之间的角度存在显著差异，第一声学收发器116相对于多个海底声学参考应答器106的几何形状使平均声速和舰深可以被清楚地估计。平均(调和均值)声速估计与垂直于参考深度行进的声学信号相关，且是几何(直线)距离除以单向行程时间。声速估计过程补偿海底声学参考应答器106的深度从标称深度的变化，以及补偿由于多个海底声学参考应答器106的每一个相对于第一声学收发器116的水平位移所引起的声路的折射。深度变化和对声速的折射修正很小(例如通常是每秒几厘米)，并且可以从近似声速剖面(例如从世界海洋模型)估计。平均声速的连续估计保证三维位置估计，尤其是垂直估计(否则与声速高度相关)与声速变化无关。利用6个或更多个海底声学参考应答器，还可以连续估计平均声速变化的空间梯度。
使用预定的近似声速剖面，通过第一处理资源118估计深度变化和对水柱中声音的速度的折射修正。
当对海上GNSS参考站装置102可用时，第一通信模块120可以接收(在本示例中)来自定位系统的网络中的基站的其他GNSS观测数据和其他位置数据。同样，GNSS接收器122可以接收精确点定位数据。在这些示例中，第一处理资源118支持精确点定位处理单元(未显示)，精确点定位处理单元被布置为接收精确点定位数据并使用精确点定位数据计算GNSS天线站点的GNSS得出的位置。
如上所述，使用海上GNSS参考站装置102和多个海底声学参考应答器106构成海上参考系统。海上GNSS参考站装置102可作为海上RTK GNSS参考站，或海上PPP GNSS参考站。
在其他实施例中，如果需要，第一处理资源118可以修改(步骤212)由GNSS接收器122生成的表示GNSS信号观测的GNSS数据，以便与从预定的静态伪观测位置进行的测量相对应。修改的数据可以作为GNSS观测数据被存储。例如，预定的静态伪观测位置可以是大致水平的平面中预定区域的中心。当这完成时，无线通信模块120广播(步骤210)修改的数据和预定的静态伪观测位置。因此广播不需要海上GNSS参考站装置102的声学上得出的位置的连续更新以伴随GNSS数据的广播，海上GNSS参考站装置102可以与常规陆基GNSS参考站类似方式使用。
在进一步实施例中，如果配备了上述的运动单元，海上GNSS参考站装置102可以维持在多个海底声学参考应答器106的中心附近的位置。维持海上GNSS参考站装置102的位置约束由多个海底声学参考应答器106的初始校准中的误差导致的GNSS天线站点的声学上得出的位置的定位误差。
在另一实施例(图3)中，航海流动舰300被设置在海上或另一适当水体中，并能够(不一定直接)在部署的海床应答器302(例如需要准确地确定其位置的应答器)上方平移。航海流动舰300例如可以是无人推进水面航行器，例如所谓的波浪滑翔机，可以是载人工具，例如测量船或钻井平台，或者可以是系绳舰，例如浮标。除了在海床104上部署的应答器302外，还可以在海床104上部署其他装置，例如第一反回声测深仪304和第二反回声测深仪306。
流动舰300包括可操作地耦合到另一GNSS接收器310的第二处理资源308和第二方向确定单元(例如第二惯性测量单元312)。应当理解的是，第二处理资源308可以在自然界中分布，并且可以包含另一GNSS接收器310的处理能力。在本示例中，另一GNSS接收器310是单频率GNSS接收器。然而，在其他示例中，可以使用双频率GNSS接收器。流动舰300还包括第二水声通信单元313，第二水声通信单元313包括能够与部署的海床应答器302和第一和第二反回声测深仪304、306通信的第二声学换能器(例如第二声学收发器314)。第二声学收发器314可操作地耦合到第二处理资源308。
第二通信模块316可操作地耦合到第二通信天线318用于RF通信，第二通信模块316还可操作地耦合到另一GNSS接收器310。在本示例中，第二通信模块316包括根据RTCMSC-104标准中的一个或多个支持广播位置数据的组件和逻辑。另一GNSS接收器310可操作地耦合到布置在流动舰300上的第二天线站点(未显示)处的另一GNSS天线320。如将理解的，第二天线站点和第二声学收发器314之间也存在着相对位置关系并且这就是所谓的杠杆臂，在本示例中是描述第二天线站点和第二声学收发器314的位置中的差异的平移或偏移。
第二惯性测量单元312被提供用于计算第二天线站点和第二声学收发器314之间的杠杆臂的方向。在一些实施例中，可替换地，利用如上关于海上GNSS参考站装置102所述的多个GNSS接收器和多个GNSS天线，可以确定天线站点的方向。
在本示例中，流动舰300具有推进系统，以便它可以根据测量路径跨海面平移。
参考图4，在与组合海上GNSS参考站装置102和流动舰300的使用的海上定位系统相关的实施例中，流动舰300位于例如海上参考站装置102的半径30公里以内的海上。如前述实施例所述，海上GNSS声学参考站装置102能够与第一海底声学应答器108、第二海底声学应答器110、第三海底声学应答器112和第四海底声学应答器114声学地通信。类似地，流动舰300能够与部署的海床应答器302(例如需要准确确定其位置的应答器)，以及第一反回声测深仪304和第二反回声测深仪306声学地通信。
在操作中(图5)，流动舰300与上述的海上GNSS参考站装置102相组合进行操作。海上GNSS参考站装置102确定声学上得出的位置并获得相关联的GNSS观测数据(被广播，如以上关于先前示例所描述的)。
在流动舰300处，流动舰300的第二通信模块316接收(步骤500)声学上得出的位置数据和从海上GNSS参考站装置102广播的GNSS观测数据。流动舰300的另一GNSS接收器310也获取(步骤502)包括来自绕地球运行的GNSS卫星网络(即局部GNSS观测)的进一步伪距测量和进一步载波相位测量的进一步GNSS观测数据。
使用第二通信模块316从海上GNSS参考站装置102接收到的信息以及从另一GNSS接收器310获得的信息，第二处理资源308计算(步骤504)第二天线站点的位置，其中使用差分GNSS(例如RTK)计算技术而相对于海上GNSS参考站装置102使用的海床参考系布置另一GNSS天线320。在这方面，第二处理资源308被布置为计算与第二GNSS天线站点相对于海上GNSS参考站装置102的第一天线站点的位置的位置相关联的相对位置矢量。
如上所述，流动舰300与部署的海床应答器302(其位置需要被精确确定)通信。第二声学收发器314与应答器302声学地通信，以便获得(步骤506)被传送到第二处理资源308的双向行程时间观测。第二处理资源308还获取(步骤508)第二天线站点与第二声学收发器314之间的杠杆臂的计算的方向。使用方向数据和获得的双向行程时间数据，第二处理资源308计算(步骤510)海床应答器302在海上GNSS参考站装置102使用的参考系中的三维位置。
当一个或多个海底声学参考信标是可用的时，根据每个应答器的装箱或任何其他合适的模式，流动舰300能够在一个或多个海底声学参考信标的范围内导航。第二水声通信单元313与流动舰300的第二处理资源308协作以便相对于一个或多个海底声学参考信标进行双向行程时间测量。作为从测量的双向行程时间计算距离数据的过程的一部分，关于水柱的平均声速被估计(步骤510)，水柱包括一个或多个海底声学参考信标。在本示例中，平均声速是在第二声学收发器314和应答器302之间的调和均值。通过进一步估计空间和时间的平均声速梯度，可以增强平均声速模型。
可替换地，通过与第一反回声测深仪304和第二反回声测深仪306中的一个或两个进行通信，第二水声通信单元313能够进行(步骤512)压力反向回声测深仪观测，该观测可由第二处理资源308使用以计算(步骤510)上述的空间声速变化数据。
在另一示例中，一个或多个海底声学参考信标可配备或伴随相应数量的声速传感器，这些声速传感器可以成对地从测量的其间的双向行程时间来估计其间的距离，以便改善海床应答器302的位置的测量。
虽然在以上示例中，单个流动舰300被使用，但是技术人员应当理解，可以使用多个流动舰，并对其数据进行整理，以确定上述一个或多个海底声学参考应答器的三维位置。
GNSS参考站装置102可用于任何合适的RTK GNSS定位系统。同样，包括GNSS参考站装置102和多个海底声学参考应答器106的GNSS定位系统可同样用于任何合适的RTKGNSS定位系统。
在另一示例中，一个或多个流动舰300可用于测量多个海底声学参考应答器106以便改善上述的初始校准坐标(步骤200)。
在另一实施例(图6)中，可以提供基站网络600。例如，该网络可以包括海上GNSS参考站装置102，第一陆基GNSS参考站602，第二陆基GNSS参考站604，和第三陆基GNSS参考站606。在本示例中，第一、第二、第三陆基GNSS参考站602、604、606是GNSS RTK地理定位网络中使用的常规GNSS参考站。陆基参考站602、604、606采用预定的系统级参考系，例如欧洲陆地参考系(ETRF)。中央处理资源608也位于陆地上，并且能够接收第一、第二、第三陆基GNSS参考站602、604、606，和/或海上GNSS参考站装置102中的任一个广播的GNSS观测数据。中央处理资源608还能够与流动舰300通信。
海上GNSS参考站装置102的第一处理资源118被布置为将第一天线站点的位置，例如伪静态观测位置转换到由陆基参考站602、604、606使用的系统级参考系。在广播第一天线站点的声学上得出的位置之前，转换第一天线站点的位置的参考系。可替换地，当中央处理资源608位于陆地上，例如陆基参考站中的至少一个上时，中央处理资源608被布置为接收海上GNSS参考站装置102广播的第一天线站点的位置数据以及将位置数据从其被表示的海床参考系转换到陆基参考站602、604和606的系统级参考系。虽然如在本示例中使用的描述了伪静态观测位置，但是技术人员应当理解，观测位置(例如声学上得出的位置)的使用(随时间而变化)是预期的，并且不排除在适当配置的地理定位网络中使用。
在本示例中，与其他GNSS RTK地理定位网络一样，GNSS RTK网络600支持虚拟参考站(VRS)功能，通过该功能，GNSS参考站与中央处理资源608通信，并且中央处理资源608可以创建位于流动舰300附近或如必要任何其他流动舰附近的VRS 610。取决于应用需求，这个功能是可选的，以改进精度。
在操作中，基站网络600操作以为流动舰300提供差分GNSS服务，使得流动舰300的位置可以在海上环境中以改进的精度被确定。在本示例中，陆基参考站602、604、606可以在流动舰300足够接近一个或多个陆基参考站所在的海岸时使用。
虽然在本示例中大部分GNSS参考站位于海岸上，但是应当理解的是，在其他合适的示例中，GNSS RTK网络600需要至少三个参考站，这些参考站可以是陆基和海上GNSS参考站装置的混合，或者仅仅至少三个海上GNSS参考站，例如海上GNSS参考站装置102。在仅使用海上GNSS参考站的示例中，可以为多个海上GNSS参考站(包括海上GNSS参考站装置102)分配公共参考系，以及海上GNSS参考站装置102可被布置为将海上GNSS参考站装置102的第一天线站点的声学上得出的位置转换到分配给多个海上参考站的公共参考系。即使在这种示例中，陆基参考站可以参与包括多个海上GNSS参考站的网络。
关于流动舰300的位置的确定，流动舰300接收从上述的至少三个参考站发送的GNSS观测数据和发送的天线位置数据。流动舰300的第二处理资源308使用接收的相应发送的GNSS观测数据和接收到的相应的位置数据，以便使用所谓的主辅助概念(MAC)估计流动舰300的第二天线站点的位置。
关于中央处理资源608，虽然在本示例中，中央处理资源608独立于GNSS参考站并位于陆地上，但是技术人员应当理解，中央处理资源608可以可替换地位于海上和/或与GNSS参考站中的一个(例如海上GNSS参考站装置102或者另一海上GNSS参考站装置(未显示))位于一处。在这方面，中央处理资源构成远程处理资源，并且可以被布置为广播可以对应于VRS数据、单个参考站或使用主辅助概念的多个参考站的GNSS观测数据和天线位置数据。
技术人员应当理解，以上描述的实施方式只是在所附权利要求的范围内所能想到的各种实施方式的示例。事实上，例如，虽然VRS 610的使用已经在本文中描述，基站网络600或GNSS定位系统可以额外地或可替换地支持所谓的最近参考站和/或主辅功能。
上述示例装置、系统、网络和方法有许多应用。例如，一个或多个海底声学参考应答器可用于监测板块构造。对于这种实施方式，可在断层线的一侧的海床上布置第一海底声学参考应答器以及可以在断层线的另一侧布置第二海底参考应答器。第一和第二声学参考应答器相对于彼此的运动可以使用一个或多个流动舰进行监测。在另一应用中，海底声学应答器的阵列可以由一个或多个流动舰监测，以便确定关于海床运动的油气田的状态。在这方面，从实地勘探到油田的开发、生产和退役，都需要对海床进行监测。事实上，如果该油田后来要被重新利用作为碳封存的场地，就需要对该油田进行进一步的监测。因此，在不同的阶段，例如，在油田开发中，需要在特定区域中在海床的上面和附近精确定位。另一示例是将管道连接到海底资产。此外，上述示例可用于(常规)管道检查。应当理解，本文仅以示例的形式列举这些应用，它们是用于本文描述的方法和装置的大量的可能应用的代表。
除了描述的结构组件和用户交互之外，以上实施例中的装置、系统和方法可以以计算机系统(尤其是以计算机硬件或以计算机软件)或以特别制造或调适的集成电路实现。
以上实施例中的方法可以被提供为计算机程序或计算机程序产品或携带计算机程序的计算机可读介质，计算机程序被布置为当在计算机或其他处理器上运行时，执行以上描述的方法。
本发明的其他实施例可被实现为计算机程序产品，用于计算机系统，该计算机程序产品例如是存储在有形数据记录介质(如软盘、CD-ROM、ROM或固定磁盘)上或体现在计算机数据信号中的一系列计算机指令，信号通过有形介质或无线介质(如微波或红外线)发送。一系列计算机指令可以构成上述功能的全部或部分，并且也可以存储在任何易失性或非易失性的存储设备中，如半导体、磁性、光学或其他存储设备。

Claims (56)

1.一种海上GNSS参考站装置，包括：
处理资源；
水声通信单元，包括水声换能器，所述水声通信单元被布置为与所述处理资源协作以便在使用时计算位置；
GNSS天线站点；以及
可操作地耦合到所述处理资源的方向确定单元，所述方向确定单元被布置为确定与所述GNSS天线站点以及所述水声通信单元的所述水声换能器相关联的方向。
2.如权利要求1所述的装置，还包括：
可操作地耦合到所述处理资源的无线通信模块。
3.如权利要求2所述的装置，其中
计算的位置是所述水声换能器的位置；以及
所述处理资源被布置为计算在所述水声换能器的位置与所述GNSS天线站点的位置之间延伸的矢量，使用预定的杠杆臂偏移和由所述方向确定单元确定的方向来计算所述矢量。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述处理资源被布置为使用计算出的矢量转换所述水声换能器的位置以得到所述GNSS天线站点的位置，所述GNSS天线站点的所述位置是所述GNSS天线站点相对于海床参考系的三维位置。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：
GNSS接收器，被布置为进行GNSS信号观测，所述GNSS信号观测包括伪距测量和载波相位测量，其中
所述处理资源被布置为将由所述GNSS接收器生成的表示所述GNSS信号观测的数据存储作为GNSS观测数据。
6.如前述权利要求中一项所述的装置，其中
所述水声通信单元被布置为进行距离相关的测量。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述处理资源被布置为修改由所述GNSS接收器生成的表示所述GNSS信号观测的所述数据，以便对应于从预定的静态伪观测位置进行的测量，并将经修改的数据存储作为所述GNSS观测数据。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述预定的静态伪观测位置是大致水平的平面中预定区域的中心。
9.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述方向确定单元是惯性测量单元。
10.如权利要求5所述的装置，其中所述方向确定单元被布置为从所述GNSS观测数据计算所述GNSS天线站点的方向。
11.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述位置是声学上得出的位置。
12.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理资源被布置为支持参考系转换单元，所述参考系转换单元被布置为接收所述位置以及将位置从第一参考系中的表达转换到第二参考系。
13.如权利要求5所述的装置，当从属权利要求3时，其中所述无线通信模块被布置为广播所述GNSS观测数据。
14.如权利要求4所述的装置，当从属权利要求2时，其中所述无线通信模块被布置为广播所述GNSS天线站点的所述位置。
15.如权利要求7所述的装置，当从属权利要求2时，其中所述无线通信模块被布置为广播经修改的数据和所述预定的静态伪观测位置。
16.如权利要求2所述的装置，其中所述无线通信模块被布置为接收来自其他基站的其他GNSS观测数据和其他位置数据。
17.如权利要求5所述的装置，当从属权利要求2时，其中
所述GNSS接收器被布置为接收精确点定位数据；以及
所述处理资源被布置为支持精确点定位处理单元，所述精确点定位处理单元被布置为接收所述精确点定位数据，并使用所述精确点定位数据计算所述GNSS天线站点的GNSS得出的位置。
18.如权利要求5所述的装置，当从属权利要求2时，其中
所述GNSS接收器被布置为接收精确点定位数据；以及
所述处理资源被布置为支持精确点定位处理单元，所述精确点定位处理单元被布置为接收所述精确点定位数据，并使用所述精确点定位数据计算所述GNSS天线站点的GNSS得出的位置；以及
所述处理资源被布置为计算使用所述精确点定位数据计算出的所述GNSS天线站点的所述GNSS得出的位置与所述GNSS天线站点的位置之间的偏移。
19.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述处理资源被布置为估计水中的声音的平均速度，所述声音的平均速度随时间被追踪。
20.如权利要求19所述的装置，其中所述处理资源被布置为计算所述水声换能器的深度，以及所述处理资源被布置为从预定的近似声速剖面估计对水柱中的声速的折射修正。
21.一种海上RTK GNSS参考站，包括如前述权利要求中任一项所述的海上GNSS参考站装置。
22.一种海上PPP GNSS参考站，包括如权利要求1至21中任一项所述的海上GNSS参考站装置。
23.一种海上GNSS定位系统，包括：
如权利要求1至20中任一项所述的海上GNSS参考站装置；以及
多个水声参考应答器；其中
所述水声通信单元被布置为测量相对于所述多个水声参考应答器的每个水声参考应答器的相应的双向行程时间。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述多个水声参考应答器是至少四个水声参考应答器。
25.如权利要求23或24所述的系统，其中所述多个水声参考应答器是至少六个水声参考应答器。
26.如权利要求25所述的系统，当从属权利要求20时，其中所述处理资源被布置为估计平均声速空间梯度。
27.如权利要求23至26中任一项所述的系统，其中所述海上GNSS参考站被布置为将位置维持在所述多个水声参考应答器的中心的附近。
28.如权利要求23至27中任一项所述的系统，其中所述处理资源被布置为与所述水声通信单元协作，以便估计所述水声换能器相对于所述多个水声参考应答器的位置。
29.如权利要求23至28中任一项所述的系统，还包括：
流动GNSS装置，被布置为接收所述GNSS观测数据以及所述GNSS天线站点相对于由所述多个海底声学参考应答器定义的参考系的位置；以及
所述流动GNSS装置被布置为计算与所述流动GNSS装置的GNSS天线站点相对于所述GNSS参考站的所述GNSS天线站点的位置相关联的相对位置矢量。
30.如权利要求23至29中任一项所述的系统，当从属权利要求18和19时，还包括：
远程处理资源，被布置为接收广播的GNSS观测数据和广播的位置数据。
31.如权利要求30所述的系统，还包括：
包括所述远程处理资源的另一海上GNSS参考站装置。
32.如权利要求23至30中任一项所述的系统，还包括：陆基GNSS参考站装置。
33.如权利要求32所述的系统，当从属权利要求30时，其中所述陆基GNSS参考站装置包括所述远程处理资源。
34.如权利要求33所述的系统，其中所述陆基GNSS参考站装置具有由其使用的系统级参考系，以及所述陆基GNSS参考站装置被布置为将所述海上GNSS参考站装置的所述GNSS天线站点的位置转换到由所述陆基GNSS参考站装置使用的所述系统级参考系。
35.如权利要求32所述的系统，其中所述陆基GNSS参考站具有由其使用的系统级参考系，以及所述海上GNSS参考站装置被布置为将所述海上GNSS参考站装置的所述GNSS参考天线站点的位置转换到由所述陆基GNSS参考站装置使用的所述系统级参考系。
36.如权利要求23至31中任一项所述的系统，还包括：
多个海上GNSS参考站装置，所述多个海上GNSS参考站装置包括所述海上GNSS参考站装置。
37.如权利要求36所述的系统，其中
所述多个海上GNSS参考站装置具有分配给其的公共参考系；以及
所述海上GNSS参考站装置被布置为将所述海上GNSS参考站装置的GNSS天线的位置转换到分配给所述多个海上GNSS参考站装置的所述公共参考系。
38.如权利要求36所述的系统，还包括：
陆基GNSS参考站装置。
39.如权利要求36所述的系统，其中所述多个海上GNSS参考站装置包括至少三个海上GNSS参考站装置。
40.如权利要求38所述的系统，其中所述陆基GNSS参考站装置和所述多个海上GNSS参考站装置一起提供至少三个参考站装置。
41.如权利要求39或权利要求40所述的系统，当从属权利要求29时，其中所述流动GNSS装置被布置为从所述至少三个参考站装置分别接收发送的GNSS观测数据和发送的天线位置数据，以及使用接收到的相应的发送的GNSS观测数据和接收到的相应的发送的位置数据来估计所述流动GNSS装置的位置。
42.一种实时动态GNSS定位系统，包括如权利要求1至21中任一项所述的海上GNSS 参考站装置。
43.一种实时动态GNSS定位系统，包括如权利要求23至41中任一项所述的海上GNSS定位系统。
44.一种网络实时动态GNSS定位系统，包括如权利要求1至21中任一项所述的海上GNSS参考站装置。
45.一种生成海上定位参考数据的方法，所述方法包括：
通过水声学地确定位置；
关于所述位置进行GNSS观测；
确定与GNSS天线站点和声学上确定的所述位置相关联的方向。
46.如权利要求45所述的方法，其中GNSS观测数据包括伪距测量数据和载波相位测量数据。
47.如权利要求45或权利要求46所述的方法，其中通过水声学地确定的所述位置是相对于多个水声参考应答器确定的。
48.一种生成实时动态参考数据的方法，所述方法包括如权利要求45或权利要求46或权利要求47所述的生成海上定位参考数据的方法。
49.如权利要求45至48中任一项所述的方法，还包括：
广播所述GNSS观测和相关联的位置。
50.如权利要求45至49中任一项所述的方法，还包括：
所述GNSS观测的生成包括修改所述GNSS观测以与从预定的静态伪观测位置进行的测量相对应。
51.一种确定位置的方法，所述方法包括：
如权利要求45或权利要求46或权利要求47所述的生成海上定位参考数据的方法；
广播GNSS观测和位置；
在待确定的位置处接收广播的GNSS观测和广播的位置；
关于所述待确定的位置进行局部GNSS观测；以及
使用接收到的广播的GNSS观测和广播的位置以及局部GNSS观测数据来估计相对位置矢量。
52.一种确定海底通信单元的位置的方法，所述方法包括：
如权利要求49或权利要求50所述的生成实时动态参考信号的方法；
流动GNSS装置接收广播的GNSS观测和位置；
使用接收到的广播的GNSS观测和广播的位置以及局部生成的GNSS观测来确定所述流动GNSS装置的位置；以及
所述流动GNSS装置进行相对于海底通信单元的声学测距。
53.如权利要求52所述的方法，当从属权利要求47时，还包括：
所述流动GNSS装置按照装箱方案环航一个或多个水声参考应答器；
分别相对于所述一个或多个水声参考应答器进行双向行程时间测量；以及
估计关于包括所述一个或多个水声参考应答器的水柱的平均声速。
54.如权利要求53所述的方法，其中所述平均声速是水声换能器与所述水声参考应答器之间的调和均值。
55.如权利要求53或权利要求54所述的方法，还包括：
使用反回声测深仪确定所述平均声速的空间变化。
56.如权利要求47所述的方法，还包括：
将所述一个或多个水声参考应答器与相应数量的声速传感器相结合；
测量声速传感器对之间的双向行程时间；
使用测量的双向行程时间，改善水下参考应答器的位置。
CN201780081478.3A 2016-10-28 2017-10-23 海上gnss参考站装置、海上gnss定位系统以及生成海上定位参考数据的方法 Pending CN110121662A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1618287.5A GB2555460B (en) 2016-10-28 2016-10-28 Offshore GNSS reference station apparatus, offshore GNSS positioning system, and method of generating positioning reference data offshore
GB1618287.5 2016-10-28
PCT/GB2017/053188 WO2018078342A1 (en) 2016-10-28 2017-10-23 Offshore gnss reference station apparatus, offshore gnss positioning system, and method of generating positioning reference data offshore

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110121662A true CN110121662A (zh) 2019-08-13

Family

ID=57963658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780081478.3A Pending CN110121662A (zh) 2016-10-28 2017-10-23 海上gnss参考站装置、海上gnss定位系统以及生成海上定位参考数据的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20180120442A1 (zh)
EP (1) EP3532867B1 (zh)
JP (1) JP2020500303A (zh)
CN (1) CN110121662A (zh)
BR (1) BR112019008722A2 (zh)
GB (1) GB2555460B (zh)
SG (1) SG11201903738QA (zh)
WO (1) WO2018078342A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111208520A (zh) * 2020-01-17 2020-05-29 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种海底声学应答器的定位方法及装置
WO2021082357A1 (zh) * 2019-10-30 2021-05-06 山东科技大学 一种水声定位与授时浮标及其工作方法
CN113911298A (zh) * 2021-10-14 2022-01-11 厦门理工学院 一种辅助水下搜索定位的智能装置
CN114234932A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 天津大学 一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置
WO2022062158A1 (zh) * 2020-09-22 2022-03-31 广东工业大学 一种海工浮式平台声学定位监测方法
RU2828701C1 (ru) * 2023-12-06 2024-10-16 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ определения координат автономного необитаемого подводного аппарата сверхглубокого погружения и гидроакустической донной станции связи и навигации по гидроакустическому каналу

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6691089B2 (ja) * 2017-11-21 2020-04-28 株式会社Ｓｕｂａｒｕ ナビゲーションシステム及びナビゲーション方法
DE102017222912A1 (de) * 2017-12-15 2019-06-19 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Korrekturinformationen für eine Antenne eines Fahrzeugs
JP7148266B2 (ja) * 2018-04-26 2022-10-05 川崎重工業株式会社 自律型無人潜水機を用いた作業方法
CN109343087A (zh) * 2018-10-29 2019-02-15 中国人民解放军61540部队 一种监测跟踪卫星导航系统的卫星星座的系统
NO346553B1 (en) * 2019-05-16 2022-10-03 Zxy Sport Tracking As Method and system for high accuracy GNSS localization of transponders
US11668834B2 (en) 2019-05-28 2023-06-06 Xona Space Systems Inc. Satellite for transmitting a navigation signal in a satellite constellation system
US11668843B2 (en) 2019-05-28 2023-06-06 Xona Space Systems Inc. Satellite for broadcasting clock state data
US11899120B2 (en) 2021-06-30 2024-02-13 Xona Space Systems Inc. Generation and transmission of navigation signals
CN112055408B (zh) * 2019-06-06 2022-08-09 广州慧睿思通科技股份有限公司 终端的定位方法及测向系统
CN110244324A (zh) * 2019-06-30 2019-09-17 西安寰宇赛特信息科技有限公司 一种智能超低功耗北斗信标示位一体化终端
CN110703203A (zh) * 2019-10-22 2020-01-17 哈尔滨工程大学 基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位系统
CN111751856B (zh) * 2020-06-29 2024-04-05 中国人民解放军92859部队 一种基于ppp技术的海底大地基准点精确定位方法
CN112346102A (zh) * 2020-10-23 2021-02-09 中国科学院声学研究所东海研究站 一种水下声学定位导航授时系统
CN115327593B (zh) * 2021-05-10 2024-02-23 北京六分科技有限公司 基于无人机的定位方法、系统及存储介质
CN113686385B (zh) * 2021-08-25 2023-08-18 哈尔滨工程大学 一种多频段海底大地基准站
CN113532392B (zh) * 2021-09-16 2022-02-01 自然资源部第一海洋研究所 一种基于表层漂流浮标的海流测量方法
CN114793129B (zh) * 2022-05-27 2024-05-14 青岛海舟科技有限公司 一种基于波浪滑翔器的无线通讯中继方法及系统
CN114935768B (zh) * 2022-07-13 2022-11-04 武汉大学 一种基于单基站的虚拟参考站的构建方法
US11719732B1 (en) 2022-07-25 2023-08-08 Divirod, Inc. Reflectometer sensor
CN117420571B (zh) * 2023-12-19 2024-03-19 武汉大学 基于浮动平台的远海岸静动态基准站联网定位方法及系统
CN118330694B (zh) * 2024-06-17 2024-08-30 山东科技大学 一种基于远程管理的gnss海上定位接收机及定位方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644759A (zh) * 2008-12-23 2010-02-10 中国科学院声学研究所 一种基于二元结构的水下目标定位系统及定位方法
CN201673258U (zh) * 2010-05-25 2010-12-15 南京信息工程大学 深海作业水下航行器组合导航系统
CN202093165U (zh) * 2011-05-24 2011-12-28 北京寰宇声望智能科技有限公司 基于扩频通信的超短基线水声定位装置
US20160116563A1 (en) * 2012-07-31 2016-04-28 Adaptive Methods, Inc. Gps assisted torpedo recovery system

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57149974A (en) * 1981-03-13 1982-09-16 Nippon Kokan Kk <Nkk> Detector for position on sea
US6317079B1 (en) * 2000-04-18 2001-11-13 U.S. Army Corps Of Engineers As Represented By The Secretary Of The Army System for ascertaining height as related to an established reference
JP2002257921A (ja) * 2001-03-06 2002-09-11 Oki Electric Ind Co Ltd トランスポンダキャリブレーション方法
US7616152B2 (en) * 2004-10-29 2009-11-10 Hitachi Zosen Corporation Relative position measurement method and relative position measurement system using satellites
JP4780382B2 (ja) * 2005-11-02 2011-09-28 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 電離層遅延量推定システム
JP5609247B2 (ja) * 2010-05-07 2014-10-22 日本電気株式会社 監視局、制御方法、広域補強システム、および制御プログラム
GB201203669D0 (en) * 2012-03-02 2012-04-18 Go Science Ltd Determining position of underwater node
JP6576624B2 (ja) * 2014-09-24 2019-09-18 五洋建設株式会社 水中測位システム及び水中測位方法
US9817129B2 (en) * 2014-10-06 2017-11-14 Sierra Nevada Corporation Monitor based ambiguity verification for enhanced guidance quality
KR101678397B1 (ko) * 2015-03-24 2016-12-06 한국해양과학기술원 자체 기준국 기반의 ｄｇｐｓ 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101644759A (zh) * 2008-12-23 2010-02-10 中国科学院声学研究所 一种基于二元结构的水下目标定位系统及定位方法
CN201673258U (zh) * 2010-05-25 2010-12-15 南京信息工程大学 深海作业水下航行器组合导航系统
CN202093165U (zh) * 2011-05-24 2011-12-28 北京寰宇声望智能科技有限公司 基于扩频通信的超短基线水声定位装置
US20160116563A1 (en) * 2012-07-31 2016-04-28 Adaptive Methods, Inc. Gps assisted torpedo recovery system

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021082357A1 (zh) * 2019-10-30 2021-05-06 山东科技大学 一种水声定位与授时浮标及其工作方法
CN111208520A (zh) * 2020-01-17 2020-05-29 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种海底声学应答器的定位方法及装置
CN111208520B (zh) * 2020-01-17 2022-03-04 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 一种海底声学应答器的定位方法及装置
WO2022062158A1 (zh) * 2020-09-22 2022-03-31 广东工业大学 一种海工浮式平台声学定位监测方法
CN112162290B (zh) * 2020-09-22 2023-07-25 广东工业大学 一种海工浮式平台声学定位监测方法
CN113911298A (zh) * 2021-10-14 2022-01-11 厦门理工学院 一种辅助水下搜索定位的智能装置
CN113911298B (zh) * 2021-10-14 2022-07-22 厦门理工学院 一种辅助水下搜索定位的智能装置
CN114234932A (zh) * 2021-12-08 2022-03-25 天津大学 一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置
RU2828701C1 (ru) * 2023-12-06 2024-10-16 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ определения координат автономного необитаемого подводного аппарата сверхглубокого погружения и гидроакустической донной станции связи и навигации по гидроакустическому каналу

Also Published As

Publication number Publication date
BR112019008722A2 (pt) 2019-07-16
EP3532867B1 (en) 2022-04-13
US20180120442A1 (en) 2018-05-03
GB2555460B (en) 2020-07-22
EP3532867A1 (en) 2019-09-04
WO2018078342A1 (en) 2018-05-03
GB2555460A (en) 2018-05-02
JP2020500303A (ja) 2020-01-09
GB201618287D0 (en) 2016-12-14
SG11201903738QA (en) 2019-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110121662A (zh) 海上gnss参考站装置、海上gnss定位系统以及生成海上定位参考数据的方法
CN104316045B (zh) 一种基于sins/lbl的auv水下交互辅助定位系统及定位方法
Kussat et al. Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements
CN110006433A (zh) 海底油气管检测机器人的组合导航定位系统及方法
CN1547039A (zh) 无高稳定频标的水下gps定位导航方法及其系统
Chen et al. Improving GNSS-acoustic positioning by optimizing the ship’s track lines and observation combinations
CN105547290B (zh) 一种基于超短基线定位系统的从潜器导航方法
CN109782289A (zh) 一种基于基线几何结构约束的水下航行器定位方法
CN111896962A (zh) 一种海底应答器定位方法、系统、存储介质及应用
WO2021139022A1 (zh) 一种水声定位与授时浮标及水下定位方法
CN112684207B (zh) 一种深潜载人潜水器adcp速度估计与修正算法
JP2018084445A (ja) 水中音響測位システム
CN109059746A (zh) 一种基于精密pos的海底地形测量方法
JP5077054B2 (ja) 移動体用測位システム
RU2490679C1 (ru) Буй для определения характеристик морских ветровых волн
CN114234932A (zh) 一种获取海底控制点数据的水下导线测量方法及装置
Son et al. Preliminary study of the re-radiation effect of Loran signal to improve the positioning accuracy
Zhou et al. Hybrid tightly-coupled SINS/LBL for underwater navigation system
CN107255810B (zh) 基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法
CN114089280B (zh) 一种基于浮标的lbl/usbl混合基线合作目标水下定位方法
JP3234889B2 (ja) Ｇｐｓキネマティック測位法による深浅測量システム
CN113176539B (zh) 一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位系统及定位方法
CN113218372B (zh) 一种海底基准点位置标校系统及方法
Zhang et al. SINS/DVL/LBL interactive aiding positioning technology based on AUV
CN110133696A (zh) 一种基于浮动平台的高精度定位方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190813