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目前海洋已经进入大规模开发利用时期,水声定位技术作为基础保障,在海洋开发中扮演着重要角色。超短基线(Ultra-short Baseline,USBL)水声定位系统体积小、便于安装,有利于提高海洋工程作业效率,因而被广泛使用。USBL设备通过融合卫星定位系统、姿态测量系统、声学定位系统的观测数据获得目标地理位置。然而,声学定位精度以及传感器安装误差等因素,严重限制了USBL系统的定位精度。为了提高现有超短基线设备的定位精度,本文针对复杂紧凑型USBL基阵的声学定位、阵型误差修正和传感器之间的安装偏差校准等问题进行了研究。现有USBL声学定位算法在建模过程中由于采用几何近似而引入系统误差。针对此问题,论文提出了一种能够适用于复杂紧凑型基阵的基线分解声学定位算法。该算法基于坐标系转换理论,对基阵中的每条基线建立定位观测方程,通过选择不同组合的基线,采用最小二乘原理获得定位结果。仿真分析表明,无论对于平面阵还是立体阵,与现有算法相比,该算法系统误差可以忽略不计,提高了声学定位精度。针对换能器几何中心与声辐射中心不重合等因素带来的阵型误差,论文提出了一种高精度阵型误差修正算法。该算法融合有效声速理论来确定基元在测量坐标系的位置,降低了未知参数空间维度,提高了基元位置的估计精度与稳定性。此外,将基元位置转换为基线长度并进行阵型重构,抵消了不同基元在测量坐标系中的定位误差,实现了高精度阵型误差修正。水池测量结果表明,与现有算法相比,该算法估计结果精度更高、更稳健。外场试验结果表明,经过阵型误差修正后,USBL定位精度获得了显著提升。针对风、浪等环境因素导致的现有角度偏差校准算法实际估计误差大的问题,论文提出了高精度角度偏差校准算法。该算法在测量轨迹的每个观测点建立关于角度偏差的观测方程,使校准结果不受航迹畸变影响。同时,利用矩阵分解对角度偏差实现了解耦,消除了非线性校准模型在展开过程中带来的系统残余误差,提高了校准精度。仿真结果表明,利用该算法获得的角度偏差估计精度完全不受航迹形状的影响。外场试验结果表明,在采用基线分解声学定位算法、高精度阵型误差修正算法的条件下,该算法能够有效提高USBL定位精度。