【摘 要】
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自主剖面浮标作为海洋立体观测系统的重要组成部分,在海洋环境监测、资源探测及气象灾害预报等领域起着重要的作用。自主剖面浮标具有良好的水下漂流特性,其轨迹可以反演次表层洋流特性和模拟海洋环流。目前反演是依据浮标开始下潜和上浮结束时刻的定位及时间信息,没有考虑浮标观测循环特征时间误差和海洋表层及次表层洋流对浮标轨迹产生的影响,反演的特性与实际次表层洋流特性相差较大。为此,本文提出利用组合导航（SINS/
【基金项目】
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青岛海洋科学与技术国家实验室问海计划项目,项目批准号:ZR2016WH01；
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自主剖面浮标作为海洋立体观测系统的重要组成部分,在海洋环境监测、资源探测及气象灾害预报等领域起着重要的作用。自主剖面浮标具有良好的水下漂流特性,其轨迹可以反演次表层洋流特性和模拟海洋环流。目前反演是依据浮标开始下潜和上浮结束时刻的定位及时间信息,没有考虑浮标观测循环特征时间误差和海洋表层及次表层洋流对浮标轨迹产生的影响,反演的特性与实际次表层洋流特性相差较大。为此,本文提出利用组合导航（SINS/LBL）定位技术及卡尔曼滤波位置信息融合方法,重构浮标水下实际运动轨迹,提高次表层洋流的反演精度。并对该方法进行了理论建模、仿真和实验验证。主要研究工作如下:（1）依据自主剖面浮标工作原理,分析了浮标水下运动的特性,建立了水下运动轨迹数学模型。开创性地提出了基于组合导航（SINS/LBL）定位技术重构浮标水下运动轨迹的方案。（2）针对浮标水下漂流速度慢、姿态变化小的特点,理论推导了SINS和LBL系统的浮标位置解算模型;考虑水下声速不均匀和声信号传播多径效应,借助SINS系统的定位信息优化了LBL系统的浮标位置解算模型。（3）基于卡尔曼滤波技术融合SINS和LBL系统的定位信息,SINS系统提供主导定位信息,LBL提供辅助定位信息,将SINS与LBL系统的定位误差信息作为滤波器的位置量测输入,经卡尔曼滤波器滤波融合后,将误差最优估计值反馈给SINS系统中。理论推导了组合导航（SINS/LBL）信息融合数学模型,对状态方程、量测方程及位置信息融合后的反馈校正环节进行了分析和设计。旨在降低SINS系统漂移误差,提高浮标水下位置解算的精度及容错能力。（4）通过Matlab软件模拟生成了浮标水下轨迹及陀螺仪和加速度计数据,对所推导SINS系统位置解算模型进行了仿真。通过Bellhop软件完成了LBL系统工作时水下声学信道的模拟与仿真,完成了LBL系统优化方法的仿真。对设计的组合导航（SINS/LBL）信息融合数学模型进行仿真,结果表明设计模型能够以较高的精度重构浮标的水下运动轨迹;搭载了车载实验,结果表明在现有的实验条件下,经位置信息融合后的轨迹数据,与生成的标准轨迹误差在3m以内,验证了组合导航（SINS/LBL）信息融合模型的可行性。
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