海底大地測(cè)量控制網(wǎng)研究進(jìn)展綜述

李林陽，呂志平，崔 陽

(1. 信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001； 2. 后勤工程學(xué)院，重慶 401331)

海洋占地球表面積的71%，是人類可持續(xù)發(fā)展的重要空間，已成為世界各國激烈爭(zhēng)奪的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。維護(hù)海洋權(quán)益、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)和研究海洋科學(xué)，需要高精度的海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)；海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)也是海島礁資源環(huán)境信息、海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息的基本參考框架，是謀劃、決策、規(guī)劃和實(shí)施一切國家海洋戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)[1]。

通過在陸地布設(shè)基準(zhǔn)站，利用空間大地測(cè)量技術(shù)進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，可以建立高精度的陸地大地測(cè)量基準(zhǔn)，并可以有效監(jiān)測(cè)陸地上的板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變。一方面，絕大多數(shù)的板塊至少有一個(gè)邊界位于海底，因此對(duì)板塊研究來說，在板塊邊界建立海底控制點(diǎn)十分必要；另一方面，海底存在許多活躍的地質(zhì)學(xué)現(xiàn)象，如洋中脊、海溝及板塊匯聚處的俯沖帶，同樣也需要建立控制點(diǎn)并進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。

為了直接觀測(cè)海洋巖石層的俯沖作用并取得地殼形變長期可靠的觀測(cè)結(jié)果，可以采用布設(shè)單個(gè)傳感器(壓力、傾斜傳感器)或傳感器網(wǎng)的方式，如日本1988年安裝的第一臺(tái)由人工操作潛入深海長期觀測(cè)地殼形變的地球物理儀器——海底傾斜儀(ocean bottom implanted tiltmeter,OBIT)[2]。在海底也可以同時(shí)布設(shè)兩個(gè)控制點(diǎn)，采用聲學(xué)測(cè)量的方式獲得相對(duì)距離，然而這種方法易受海底地形的影響，信號(hào)易被隔斷[3]。上述兩種方法只能獲得控制點(diǎn)之間的相對(duì)位置變化，無法取得與已建立的陸地基準(zhǔn)點(diǎn)之間的聯(lián)系，當(dāng)形變發(fā)生在一個(gè)大的區(qū)域時(shí)，所有的控制點(diǎn)受相同位移的影響(如冰后期回彈)，這種方法就失效了[4]。此外，重力測(cè)量也可以監(jiān)測(cè)地質(zhì)學(xué)現(xiàn)象[5]，如文獻(xiàn)[6]利用GRACE衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算了2004年蘇門答臘(Sumatra)地震引起的海底地殼形變，然而衛(wèi)星重力測(cè)量的分辨率較低，也無法清楚區(qū)分海底表層和深層質(zhì)量遷移。

由于電磁波在水中傳播時(shí)衰減嚴(yán)重，無法在海底利用甚長基線干涉測(cè)量(very long baseline interferometry,VLBI)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)、衛(wèi)星激光測(cè)距(satellite laser ranging,SLR)等技術(shù)布設(shè)控制點(diǎn)。1985年，斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography,SIO)的Spiess教授首次提出采用GNSS/Acoustic定位相結(jié)合的方式建立海底大地測(cè)量控制網(wǎng)[7]，該方法在海面上使用GNSS接收機(jī)采集GNSS數(shù)據(jù)，并與岸基基準(zhǔn)站組差，動(dòng)態(tài)差分解算測(cè)量船/浮標(biāo)位置；海底利用聲學(xué)信號(hào)測(cè)量換能器至應(yīng)答器之間的傳輸時(shí)間，聯(lián)合GNSS觀測(cè)值和聲脈沖信號(hào)解算得到海底控制點(diǎn)在全球參考框架(如ITRF)中的坐標(biāo)。相比傳統(tǒng)方法，該方式具有以下4個(gè)優(yōu)勢(shì)：①可以獲得海底控制點(diǎn)在特定參考框架下的絕對(duì)坐標(biāo)；②操作靈活、簡(jiǎn)單；③海底控制點(diǎn)上的聲學(xué)應(yīng)答器只需回答“問詢”信號(hào)，功能單一，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；④無需鋪設(shè)海底光纜或安裝聲學(xué)數(shù)據(jù)發(fā)射裝置來傳輸數(shù)據(jù)，相對(duì)比較廉價(jià)。因此，GNSS/Acoustic定位方法成為近年來布設(shè)海底控制網(wǎng)、監(jiān)測(cè)海底板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形變，以及建立海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)的首選[8-9]。

本文系統(tǒng)論述了國外采用GNSS/Acoustic定位方式建立海底大地測(cè)量控制網(wǎng)的方法，并概述了國內(nèi)海底控制網(wǎng)的研究現(xiàn)狀。

1 GNSS/Acoustic系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)組成

GNSS/Acoustic系統(tǒng)由3部分組成：岸基GNSS基準(zhǔn)站、海上測(cè)量船和海底控制點(diǎn)，可以采用如圖1所示的雙角錐法布設(shè)海底控制網(wǎng)。

(1) 在海面上方的角錐由GNSS衛(wèi)星和測(cè)量船組成，稱為倒角錐；測(cè)量船同時(shí)搭載GNSS接收機(jī)、姿態(tài)測(cè)量傳感器、溫鹽探測(cè)儀((conductivity temperature depth meter,CTD)或(salinity temperature depth meter,STD))、聲學(xué)換能器等測(cè)量單元。GNSS接收機(jī)實(shí)時(shí)采集GNSS數(shù)據(jù)，獲取GNSS天線至衛(wèi)星之間米級(jí)精度的偽距觀測(cè)值和毫米級(jí)精度的載波相位觀測(cè)值；姿態(tài)測(cè)量傳感器實(shí)時(shí)確定測(cè)量船的旋轉(zhuǎn)、俯仰和傾斜角；CTD記錄測(cè)量作業(yè)時(shí)的溫度、鹽度和深度等。其中，GNSS天線與聲學(xué)換能器之間的幾何位置關(guān)系在船下水之前就已精確測(cè)定。

(2) 位于水下的角錐由海底應(yīng)答器與測(cè)量船底部的聲學(xué)換能器組成，稱為正角錐。正角錐中采用聲脈沖測(cè)距，其中的換能器以受控的重復(fù)率發(fā)射聲脈沖，并獲取來自一組海底應(yīng)答器(不少于3個(gè))的“回答”數(shù)據(jù)。由聲脈沖往返經(jīng)歷時(shí)間計(jì)算換能器與應(yīng)答器之間的斜距。

圖1 GNSS/Acoustic系統(tǒng)組成

通過采集以下4種類型的數(shù)據(jù)，確定海底應(yīng)答器的位置。

(1) 船載GNSS接收機(jī)的偽距和載波相位觀測(cè)值，以獲取GNSS天線位置。

(2) 姿態(tài)測(cè)量傳感器的姿態(tài)測(cè)量值，以確定GNSS天線與聲學(xué)換能器位置之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

(3) CTD記錄水溫、鹽度和深度等，以對(duì)聲速建模，確定聲速的變化。

(4) 聲學(xué)換能器記錄聲脈沖信號(hào)往返時(shí)間，以確定換能器至應(yīng)答器之間的距離。

1.2 系統(tǒng)發(fā)展

Spiess教授提出利用GNSS/Acoustic定位方式建立海底大地測(cè)量控制網(wǎng)的想法后，美國研制了原型系統(tǒng)和實(shí)用型系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。日本處于地震活躍帶，且地震多發(fā)生于海底，為了滿足監(jiān)測(cè)海底地殼形變和板塊運(yùn)動(dòng)的要求，布設(shè)了許多海底控制點(diǎn)，監(jiān)測(cè)了諸如2004年紀(jì)伊半島(off Kii Peninsula)7.4級(jí)地震[10]、2005年宮城縣(Off-Miyagi Prefecture Earthquake)7.2級(jí)地震[11]和2011年東北部(Tohoku-oki)9.0級(jí)大地震[12]。

1.2.1 美 國

自20世紀(jì)80年代中期以來，美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)、科羅拉多航天動(dòng)力學(xué)研究中心(Colorado Center for Astrodynamics Research,CCAR)和SIO聯(lián)合開展了軟件和硬件的研發(fā)，早期研制的原型系統(tǒng)為一個(gè)三角形的浮標(biāo)，在三角形的3個(gè)頂點(diǎn)分別放置一個(gè)GNSS天線，在浮標(biāo)的底部安裝聲學(xué)換能器，同時(shí)在海底投放一個(gè)應(yīng)答器。1989年12月13—15日，采用該原型系統(tǒng)，美國在海域較為平靜的碼頭進(jìn)行了海上GNSS浮標(biāo)定位試驗(yàn)，以測(cè)試浮標(biāo)接收GNSS信號(hào)的穩(wěn)定性和浮標(biāo)高程分量的精度[13]；1990年5月22日至25日，在圣克魯斯海盆(Santa Cruz Basin)2 km深的海底進(jìn)行了第一次GNSS/Acoustic定位試驗(yàn)，由一艘船拖拽浮標(biāo)，船的航跡是半徑約為水深的圓，數(shù)據(jù)處理時(shí)假定聲速是不變的常量，因此結(jié)果中包含系統(tǒng)性的誤差，聲脈沖測(cè)距的系統(tǒng)誤差達(dá)到了8.8 cm[14]。

美國后期設(shè)計(jì)的實(shí)用型系統(tǒng)對(duì)海面和海底設(shè)備進(jìn)行了3處升級(jí)[15-16]：①由于浮標(biāo)投放和回收比較耗時(shí)，海面測(cè)量載體由GNSS浮標(biāo)變?yōu)闇y(cè)量船，由測(cè)量船搭載3個(gè)分別安裝在主桅桿的頂端、左舷和右舷船尾的GNSS天線，以及1個(gè)安裝在測(cè)量船船體中部的聲學(xué)換能器，3個(gè)GNSS天線提供定位的同時(shí)也提供了船體傾斜信息(后來加裝了姿態(tài)測(cè)量傳感器)，并事先利用光學(xué)和激光設(shè)備以毫米級(jí)的精度測(cè)定GNSS天線與聲學(xué)換能器之間的相對(duì)位置[17]；②在海底同時(shí)布設(shè)3個(gè)/4個(gè)應(yīng)答器作為控制點(diǎn)，控制點(diǎn)均勻布設(shè)在一個(gè)圓上，圓的半徑為海底水深，并將圓心作為海底虛擬控制點(diǎn)；③測(cè)船測(cè)量時(shí)靜止于圓心上方，這樣的好處是：聲學(xué)換能器至每個(gè)應(yīng)答器的測(cè)量時(shí)間基本相同，即使聲速隨深度在水平方向和垂直方向變化，但聲速的變化不會(huì)影響圓心水平分量的坐標(biāo)，只會(huì)使圓心在垂線方向上下移動(dòng)。

隨著GNSS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)的發(fā)展、水下傳播時(shí)間的精確測(cè)定[18]和水下聲脈沖傳播速度的研究[19]，該技術(shù)逐步由試驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用。1991年，在胡安·德富卡板塊(Juan de Fuca plate)海域2.6 km深處，采用GNSS/Acoustic定位方式建立了世界上第一個(gè)海底控制點(diǎn)，通過1994—1996年連續(xù)3年的觀測(cè)，海底應(yīng)答器陣列中心的坐標(biāo)重復(fù)性可以達(dá)到：北分量0.8 cm，東分量3.9 cm[15]。

1.2.2 日 本

在日本，GNSS/Acoustic定位系統(tǒng)是由日本海洋水文部(The Hydrographic and Oceanographic Department of Japan,JHOD)、工業(yè)技術(shù)研究所(Institute of Industrial Science,IIS)和東京大學(xué)(University of Tokyo)聯(lián)合研制的。1998年10月21日，在日本白濱(Shirahama)海域的60～70 m深處，以及同年12月8日，在相模灣(Sagami Bay)海底1.3 km深處，分別開展了試驗(yàn)驗(yàn)證[20]，通過使測(cè)量船處于漂流狀態(tài)下航行，采用類似于確定震源位置的方式，單獨(dú)確定每個(gè)應(yīng)答器的位置，再取所有應(yīng)答器坐標(biāo)的均值作為海底的虛擬控制點(diǎn)。這不同于上文提到的美國學(xué)者的做法，他們是將測(cè)量船靜止在應(yīng)答器陣列中心的海面上。由于溫鹽數(shù)據(jù)不足降低了聲速改正模型的精度，日本的試驗(yàn)僅取得了水平分量和高程分量各為10 cm的定位精度，還不能滿足震間厘米級(jí)板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的要求。但是，由于獲得了多條測(cè)線的數(shù)據(jù)，這種方法可以同時(shí)得到各個(gè)應(yīng)答器水平分量和高程分量的坐標(biāo)，而美國學(xué)者的方法只能獲得應(yīng)答器陣列中心水平分量的坐標(biāo)。這種方法同樣也被Tadokoro等采用[21]。2000年2月，日本在其南海海槽(Nankai trough)熊野海盆(Kumano trough)的2 km深處，將3個(gè)海底應(yīng)答器放在一個(gè)直角邊為1.4 km的等腰直角三角形上，建立了日本第一個(gè)海底控制點(diǎn)，并進(jìn)行了充分的溫度、鹽度和深度的測(cè)量，取得了水平分量標(biāo)準(zhǔn)差約為4 cm的定位精度[22]。迄今為止，日本建立了世界上最密集的海底控制網(wǎng)[9]。

日本早期(2000—2007年)采用Pole系統(tǒng)(如圖2(a)所示)，該系統(tǒng)在船體尾部加裝一根可升降的圓柱，并在其頂端放置GNSS天線和姿態(tài)傳感器，在底端安裝聲學(xué)換能器。Pole系統(tǒng)的缺點(diǎn)包括：①為了避免螺旋槳噪聲的影響，測(cè)量船必須在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，在漂流模式下，降下圓柱后進(jìn)行測(cè)量；②一般情況下，換能器至應(yīng)答器之間的角度超過45°時(shí)，需要重新調(diào)整測(cè)線，這時(shí)必須先升起圓柱，再進(jìn)行船位的調(diào)整，測(cè)量耗時(shí)，夜間又通常無法進(jìn)行測(cè)量，作業(yè)效率較低；③如圖3所示，測(cè)量船在漂流狀態(tài)下，只在海風(fēng)和水流的作用下航行，得到的測(cè)量軌跡(測(cè)線)是不可控制的，很難得到空間幾何結(jié)構(gòu)上均勻分布的測(cè)線。2008年之后日本采用了Hull系統(tǒng)(如圖2(b)所示)，該系統(tǒng)在船體中部安裝聲學(xué)換能器，并遠(yuǎn)離螺旋槳，以避免噪音干擾，有效克服了以上3個(gè)缺點(diǎn)，測(cè)量船在正常航行狀態(tài)下(航速為5～8節(jié))即可進(jìn)行測(cè)量，大大提高了作業(yè)效率，并且可以通過控制航行軌跡得到幾何結(jié)構(gòu)分布均勻的測(cè)線，均勻分布的測(cè)線進(jìn)而可以有效削弱甚至消除聲速的誤差，提高水平分量和高程分量的定位精度[23]。除了在測(cè)量船上安裝3根GNSS天線外，美國研制的實(shí)用型系統(tǒng)與Hull系統(tǒng)類似。

圖3(a)為2008年1月15日，日本SIOW站的測(cè)線分布；圖3(b)為2008年7月12日，日本TOKW站的測(cè)線分布；圖3(c)為2009年3月3日，日本MAGI站的測(cè)線分布[23]。從圖中可以看出，Hull系統(tǒng)的測(cè)線由輻射狀的射線和正方形組成，空間幾何結(jié)構(gòu)分布非常均勻，而Pole系統(tǒng)在低水速情況下的測(cè)線是雜亂無章的，尤其是在如圖3(b)所示的弱風(fēng)和弱水流條件下。

圖2 日本GNSS/Acoustic系統(tǒng)發(fā)展

圖3 Pole系統(tǒng)和Hull系統(tǒng)作業(yè)時(shí)的測(cè)線分布

2 數(shù)據(jù)處理及精度分析

GNSS/Acoustic定位數(shù)據(jù)處理的過程主要分為3步：①船載GNSS接收機(jī)動(dòng)態(tài)定位解算；②換能器至應(yīng)答器之間的聲脈沖傳播時(shí)間測(cè)定，并對(duì)聲速建模；③采用基于最小二乘的線性反演方法，聯(lián)合①和②的結(jié)果，迭代確定應(yīng)答器位置。

2.1 船載GNSS接收機(jī)動(dòng)態(tài)定位解算

船載GNSS接收機(jī)位置解算時(shí)，已有研究均與岸基距離較近的GNSS基準(zhǔn)站組成雙差觀測(cè)方程，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波，并固定雙差模糊度，可取得厘米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位結(jié)果[3,7-12,14-23]。但這種單基線動(dòng)態(tài)定位的方法受作業(yè)距離的限制，基線過長時(shí)會(huì)降低大氣延遲等誤差之間的空間相關(guān)性。通過布設(shè)空間分布大體均勻的陸基基準(zhǔn)站，采用網(wǎng)絡(luò)RTK模式，可以有效解決誤差精確表達(dá)的問題，從而使作業(yè)不受距離的限制[24-25]。然而，在廣闊的海域周圍布設(shè)均勻分布的基準(zhǔn)站網(wǎng)的難度較大，不易實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[26]采用非差模糊度固定的方法，實(shí)現(xiàn)了海上作業(yè)平臺(tái)動(dòng)態(tài)厘米級(jí)定位，該方法不受作業(yè)距離限制，將來有望應(yīng)用于海底控制點(diǎn)的定位。

2.2 換能器至應(yīng)答器之間聲脈沖傳播時(shí)間確定及聲速建模

首先采用互相關(guān)方法解析聲脈沖信號(hào)，獲得換能器至應(yīng)答器之間聲脈沖往返傳播的時(shí)間；目前聲學(xué)換能器的時(shí)間分辨率能達(dá)到微秒級(jí)，對(duì)應(yīng)的測(cè)距分辨率為毫米級(jí)。

其次是對(duì)聲速的處理，這也是聲學(xué)定位最主要的誤差源。海底聲學(xué)信號(hào)的傳播速度受溫度、鹽度(或電導(dǎo)率)、深度、壓力等因素的影響，而且難以對(duì)上述因素建立精確有效的模型，目前一般假設(shè)聲速在水平方向分層，利用CTD采集的數(shù)據(jù)，可采用文獻(xiàn)[27—28]等所述的公式計(jì)算聲速。

2.3 應(yīng)答器位置線性反演

以分別確定海底每個(gè)應(yīng)答器的位置為例，采用貝葉斯最小二乘反演理論[29]，應(yīng)答器位置參數(shù)的估計(jì)流程[30]如圖4所示。

首先，分別給定每個(gè)應(yīng)答器的坐標(biāo)初值，基于溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)等建立聲速模型，利用聲脈沖信號(hào)的往返時(shí)間及GNSS動(dòng)態(tài)定位和姿態(tài)測(cè)量得到的特定參考框架下的換能器坐標(biāo)，依據(jù)換能器至應(yīng)答器之間的水平距離定權(quán)，解算每個(gè)應(yīng)答器的坐標(biāo)；其次，利用上述估計(jì)的應(yīng)答器坐標(biāo)，采用二次多項(xiàng)式精化聲速模型，依據(jù)等權(quán)模型解算二次多項(xiàng)式的聲速改正系數(shù)a0、a1、a2；最后，利用改正后的聲速重新計(jì)算每個(gè)應(yīng)答器的坐標(biāo)。按此流程循環(huán)迭代，直至應(yīng)答器坐標(biāo)參數(shù)收斂。

圖4 海底應(yīng)答器位置參數(shù)估計(jì)流程

2.4 精度分析

聲速是影響海底控制點(diǎn)精度的最大誤差源。海洋表層500 m內(nèi)的聲速變化尤為明顯，這一深度的海況對(duì)聲速影響最大。如按文獻(xiàn)[28]的公式，當(dāng)水溫在20°左右時(shí)，溫度升高1℃，聲速提高約2.7 m/s。當(dāng)利用CTD采集的溫度、鹽度和深度數(shù)據(jù)時(shí)，聲學(xué)測(cè)距的殘差可以有效降低20～30 cm[15,31]。文獻(xiàn)[3]采用仿真試驗(yàn)的方式，分別對(duì)影響單個(gè)應(yīng)答器定位精度的因素進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：①季節(jié)性的聲速變化對(duì)定位結(jié)果基本沒影響，而日變化和海水內(nèi)部浪涌造成的聲速變化對(duì)定位精度影響較大，大小超過了10 cm；②通過測(cè)線上的CTD數(shù)據(jù)計(jì)算聲速，聲脈沖測(cè)距誤差可以控制在大約18 cm以內(nèi)；③通過布設(shè)多于3個(gè)的應(yīng)答器陣列，并在應(yīng)答器陣列中心對(duì)應(yīng)的海面上方進(jìn)行測(cè)量，可以有效消除聲速變化未模型化的誤差影響，應(yīng)答器陣列中心的重復(fù)性可以達(dá)到厘米級(jí)。

聲脈沖傳播時(shí)間測(cè)定方面，采用圖4所示的參數(shù)估計(jì)處理流程，將應(yīng)答器坐標(biāo)和聲速未模型化的誤差均作為未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，聲脈沖往返傳播時(shí)間的殘差介于70～80 μs之間，對(duì)應(yīng)的單向測(cè)距誤差為5～6 cm[30]。

通過采用Hull系統(tǒng)，測(cè)量船按照?qǐng)D3(c)所示的軌跡航行，海底控制點(diǎn)水平分量的定位精度能達(dá)到厘米級(jí)，一般情況下為2 cm左右；但在垂直方向精度略差，約為3～6 cm[23]。這是因?yàn)?，一方面在聲速模型處理上，已有研究均假設(shè)聲速在水平方向分層，在垂直方向不變；另一方面，在高程方向，測(cè)量船與應(yīng)答器構(gòu)成的空間幾何結(jié)構(gòu)是不對(duì)稱的，即只有控制點(diǎn)上方有測(cè)量數(shù)據(jù)，在線性反演中，高程分量是不敏感的。震間地殼運(yùn)動(dòng)速度的量級(jí)一般為每年數(shù)厘米，因此控制點(diǎn)水平方向的精度完全滿足監(jiān)測(cè)地殼形變的需要，垂直方向的精度暫時(shí)尚不能滿足，有待進(jìn)一步提升。

此外，文獻(xiàn)[4]采用動(dòng)態(tài)GNSS定位結(jié)合壓力傳感器的方式，在不到20 m深的平靜海域進(jìn)行了初步試驗(yàn)，結(jié)果表明垂直分量的精度可以達(dá)到1 cm，將來可能會(huì)應(yīng)用于海底控制點(diǎn)高程分量的精確測(cè)定及地殼高程分量的形變監(jiān)測(cè)。

3 我國海底大地測(cè)量控制網(wǎng)現(xiàn)狀分析

我國是一個(gè)海洋大國，南海、東海、黃海和渤海的海域面積達(dá)到300多萬km2。我國提出了“經(jīng)略海洋”戰(zhàn)略，首先要維護(hù)海洋權(quán)益，確保領(lǐng)海安全，其次是發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、保護(hù)航海運(yùn)輸通暢、建設(shè)21世紀(jì)海上絲綢之路，最后還需要加強(qiáng)海洋科學(xué)研究，預(yù)防并減少海洋災(zāi)害影響等[1]。

海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)是陸基大地基準(zhǔn)在海洋的自然延伸，是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。以2000國家大地坐標(biāo)系[32]和2000國家重力基準(zhǔn)[33]為代表，我國已在陸地建成了較為完善的陸地大地測(cè)量基準(zhǔn)。但我國至今還沒有建立起一個(gè)高精度海底基準(zhǔn)控制點(diǎn)，海底大地測(cè)量控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)幾乎處于空白，與國際先進(jìn)水平存在較大差距，嚴(yán)重影響海洋權(quán)益維護(hù)及其他海洋活動(dòng)。我國水下導(dǎo)航定位起步較晚，但已取得了比較大的突破，如將GNSS定位技術(shù)與聲學(xué)技術(shù)結(jié)合，研制了長基線定位系統(tǒng)和差分水下GNSS定位系統(tǒng)[34-38]。目前這些系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)米級(jí)至分米級(jí)的定位精度，但與國外分米級(jí)至厘米級(jí)的定位精度還存在較大的差距[1]，系統(tǒng)整體性能、工程化和實(shí)用化水平還有待提高。

4 總結(jié)與展望

本文系統(tǒng)分析了GNSS/Acoustic定位系統(tǒng)的組成，美國和日本海底控制網(wǎng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，詳細(xì)歸納了海底控制點(diǎn)定位的數(shù)據(jù)處理流程，并對(duì)影響海底控制點(diǎn)精度的因素及其定位精度作了細(xì)致的分析。

我國現(xiàn)階段海底大地測(cè)量控制網(wǎng)建設(shè)和研究幾乎為空白，海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)尚未建立，應(yīng)加緊進(jìn)行海底控制網(wǎng)論證、建設(shè)與研究，突破海底三維坐標(biāo)基準(zhǔn)精密傳遞、聲線改正殘余誤差抑制技術(shù)和具有某些先驗(yàn)信息的海陸基準(zhǔn)連接技術(shù)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)可行的海洋大地測(cè)量組網(wǎng)觀測(cè)技術(shù)，構(gòu)建海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)與位置服務(wù)技術(shù)體系，服務(wù)于數(shù)字海洋和水下網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)。

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