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夯实海洋大地测量基准理论 探索海洋导航定位新技术——国家重点研发计划“海洋大地测量基准与海洋导航新技术”项目成果
2020-08-28
海洋是人类活动的重要空间，海洋大地测量基准与导航是海洋活动的重要支撑。由于卫星无线电信号无法穿透到深海，使得目前应用最广泛的卫星导航定位服务在广阔的海洋存在“盲区”。海底大地基准网是一组布放在海底的大地测量基准站，它类似于GNSS星座，既可对水面及水下用户提供定位、导航和授时（PNT）服务，也可用于监测海底板块运动和海洋环境变化。美国、俄罗斯和日本等少数国家早已开展海底大地控制网建设研究，相比之下，我国海底大地控制网建设起步较晚，缺少自主可控的海底大地基准信标装置，水下导航定位技术单一，难以有效支撑海洋勘探、海洋经济开发、海洋科考、海洋环境监测等各种海洋活动。
在国家重点研发计划的支持下，中国测绘科学研究院、西安测绘研究所、自然资源部第一海洋研究所、中国科学院测量与地球物理研究所、南京理工大学、哈尔滨工程大学、国家深海基地管理中心以及广州中海达卫星导航技术股份有限公司等20多家单位联合开展了“海洋大地测量基准与海洋导航新技术”（项目编号：2016YFB0501700）项目研究。项目组围绕海洋大地测量基准建立理论与方法、海洋基准与陆地基准无缝连接技术与方法、水下参考框架点建设与维护技术、海洋重力匹配导航技术、海洋多传感融合导航定位技术等五个方面开展研究工作（图1），自主研发了浅海和深海海底基准信标方舱，优化设计了海底网型结构，研究了点位勘选布放、观测维护等全流程海底大地基准网建设与维护的核心技术；研制了陆海基准统一的海域大地水准面模型，形成了“陆地-海面-海底”三级精密控制传递技术，初步形成了陆海统一的海洋大地测量技术体系；研制了低成本重力匹配导航系统，声纳/惯导/重力等海洋多传感器组合导航样机，研发了系列重力匹配导航算法，初步实现了海洋综合导航定位技术装备的自主可控；构建了以双程测距定位模型、差分-非差组合观测模型、声速时变影响控制模型等为代表的高精度水下声学定位模型，并提出先验改正与模型参数补偿相结合的系统误差影响控制方法，形成了深海海底大地控制网分米级定位技术体系。
基于项目成果，共发表论文100多篇，获国家发明专利10项（基于海底大地控制网的多传感器深海方舱，ZL201710250781.3；基于海底大地控制网的可回收浅海方舱，ZL201710250765.4”等），软件著作权7项。2018年10月，该项目按照任务书圆满完成了中期研究任务，顺利通过了中期检查和现场检查。2019年7月，项目组在南海3 000 m水深海域完成了项目关键技术验证，建立了我国首个长期工作的海底基准点，标志着我国初步掌握了深海海底基准建立与维持的核心技术。
