组合定位系统：GPS与超短基线阵的高精度定位技术

"组合定位系统由GPS、航向姿态传感器及超短基线定位系统组成，通过最大似然估计实现高精度定位。" 在2011年的《南京大学学报(自然科学)》第47卷第2期的纪念魏荣爵院士专辑中，向大威、许伟杰和景永刚探讨了一种创新的组合定位系统，该系统综合了GPS（全球定位系统）、航向姿态传感器以及超短基线定位系统的技术。常规的超短基线定位系统通常采用相位法，但由于相位模糊问题，阵元间的距离必须小于半个波长，导致定位精度受限。而这个组合定位系统则采用时延法，允许阵元间距远大于半波长，从而提高了定位的精度。 在该系统中，一个声波发射器被安置在海面上，与水下目标连接，用于向上发射宽带信号。信号被布置在海面上的超短基线阵的多个阵元接收。通过最大似然估计方法，可以准确计算出发射信号与接收信号之间的时延，这是提高定位精度的关键。大的阵元间距结合宽的信号带宽和精确的时延估计，使得定位精度显著提升。 超短基线阵包含4个阵元，根据这4个阵元测量到的4个时延，可以计算出4个斜距。然后运用最小二乘法和坐标变换，可以进一步求解目标的经度、纬度和深度。文中不仅详细阐述了系统的构成和工作原理，还提供了定位误差仿真、时延估计仿真的分析结果以及实地湖试的数据，验证了系统的有效性和高精度特性。 这个组合定位系统对于海洋科学、水下作业、导航和搜索救援等领域具有重要的应用价值，因为它能提供比传统方法更准确的水下目标定位。关键词包括GPS、超短基线定位系统、最小二乘法、宽带信号和最大似然时延估计，这些都揭示了该研究的核心技术和理论基础。