摘要：本文詳細的介紹了差分GPS水下定位系統集成關鍵技術如實時性效果好的虛擬長度的基線測量和水聲推遲和系統時鐘同步測量等技術，并對這些技術進行的詳細的分析他們是如何對差分GPS水下定位系統造成影響的。

關鍵詞：GPS;雙曲線模型；水下定位系統

差分GPS水下定位系統集成關鍵技術指長度可以改變的水面漂浮基線定位系統。用于該系統的主要技術有如下幾種：

1. 實時性效果好的虛擬長度的基線測量：

用于水面下的GPS定位系統，由于水面浮標的位置是固定的，因此可以通過利用水面浮標搭建一個水面基準平面，在利用此系統之前，需要對水面的浮標做個精準的測量，保證水面附表的精準坐標，這個工作是保證GPS定位系統可以正常工作的基礎。由于科技技術的告訴發展，現在通過GPS-RTX技術可以達到精度在厘米計以上，對于水下定位的GPS定位系統而言，我們可以認為該系統是個沒有誤差的已知點。而對于該項系統來說，我們實際上采用了兩個以上的不同的虛擬坐標基準線。根據每個浮標接收到水里的水聲信號的時間不同，且由于浮標在水上面也是不停的移動，因此虛擬的水面基準平面實際上是利用不同的浮標接收到水下面的水聲信號的時間點對應得位置來建立對應得基準平面。

2. 水聲推遲和系統時鐘同步測量

GPS系統設計的關鍵技術是系統時鐘具有高精度的同步。GPS系統通過單方向的主動定位方法來保證實時的定位水下的物體具體坐標。單方向的主動定位方法也就是通過水下面的目標發送信號，而在水上面的浮標接收剛剛發射的水聲定位信號，系統記下不同浮標接收到水聲信號的時間點，然后利用已經編寫好的程序，建立相應的模型對水下面的物體進行定位。根據以上分析知，時鐘同步技術對于保證GPS系統精度相當的關鍵。假如每個浮標的是時鐘不是在同一時刻，則系統建立的虛擬基線將出現誤差，因而系統計算信號到達的時間也將出現誤差。

3. 系統建立定位數學模型

GPS系統通過編寫相應的程序，利用雙曲線的性質，建立雙曲線定位水下目標模型來搭建系統的定位模型。雙曲線定位模型具有存在奇點的不同全局的特點，且雙曲線定位模型反應快速，穩定，實時效果好。但是如何才能搭建好相應的雙曲線定位模型一直困擾著很多學者，即使搭建了模型，因為現有水平的限制，往往搭建的系統的穩定性并不是特別的好。因而如何才能在現有的技術水平下搭建一個穩定的雙曲線模型也是保證系統正常工作的關鍵技術。

4. GPS系統隨機誤差跟系統誤差分析

GPS水下定位系統誤差包括兩種，即水面建立基準線帶來的誤差和水下測量目標帶來的誤差。通過分析GPS水下定位系統建立的雙曲線定位模型的誤差和各種測距的環境因素帶來對測距和定位精度的影響，結合所有的影響因子對測距誤差的影響過程，調整系統的模型和相應的參數，可以在一定程度上改變系統的定位精度，提高GPS水下定位系統的測距精度和穩定性。

GPS水下系統有GPS測量誤差、浮標在水面的不同位置帶來的測量誤差、聲音在水下傳播帶來的測量誤差、聲線變形誤差等幾種。其中水面基準線的誤差是由于GPS測量誤差和浮標在水面不同位置跟形狀引起的。而水里面的目標的測量誤差則是聲音在水下傳播速度變化帶來的

5. 聲音在不同介質層的傳播問題

聲音在水水中傳播速度作為GPS水下定位系統中測距的固定量，但是聲音在不同的含鹽量的水中傳播速度不同，且即使是在同一種含鹽量的水中，由于海水溫度的時刻改變和海水不同深度下的壓力不同，聲音在水中傳播的速度也是不同的。因而要精確的對聲音在海水中的傳播速度給出具體的測量值具有很大的難度。因此要消除聲音在海水中的傳播速度帶來的誤差基本上是不可能的，因而要很精確的對水下的物體做出精準的定位也有一定的難度。因而如何構建一個實時性效果好的系統及時的測量聲波在海水中的測量速度，最大限度的減小因為聲速帶來的誤差也是GPS水下定位系統應該考慮的問題。

7. 準確及時的水聲信號接收系統

由于檢測環境的多樣性，水下目標的信號可以通過多種辦法傳遞給GPS水下定位系統的接收端，而且由于海水中噪聲場的時刻變化也會給GPS水下定位系統接收定位信號帶來困難，因而如何才能高效的接收到定位信號，避免定位信號的漏接，或者接收到錯誤的定位信號，都是保證GPS水下定位系統準確運行的前提。

8. 多通道同時進行無線電數據通信

    因為水面上的多個GPS浮標是同時工作的，因而當GPS浮標接收到信號時都需要及時反饋接收到的信號給GPS水下定位系統，因而采用并行的通信方式可以保證GPS水下定位系統在同一時刻及時的接收到多個GPS浮標信號，做到不遺漏任何一個多個GPS浮標信號。

9. GPS水下定位系統軟件系統集成

 GPS水下定位系統采用兩個基地同時主動的并行工作的方式，水下的目標物

體的定位是在船體的控制中心進行處理計算的，船體的控制中心不僅需要時刻檢測系統的每個部分的工作情況，還要及時處理浮標反饋回來的信號，通過程序計算出水下目標的具體位置，并通過串口或者CAN總線等方式進行數據通信。船體上的控制中心控制船體上的所有的工作，因而軟件集成的高效性和穩定性在一定程度上影響到GPS水下定位系統的穩定性。

參考文獻

[1]蔡艷輝. 差分GPS水下定位系統集成關鍵技術研究[D].遼寧工程技術大學.2007

[2]蔡艷輝，GPS 動態定位—精密單點定位和整周模糊度搜索方法研究，中國測繪科學研究院碩士論文，2003，

[3]喻國榮，基于移動參考站的 GPS 動態相對定位算法研究，武漢大學博士論文，2003

[4]蔡艷輝，章傳銀，王澤民等，差分 GPS 水下立體定位系統浮標姿態測量, 測繪科學，2005(30)