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目 录
1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 我国的研究现状 2
1.2.2 国外的研究现状 3
1.3 大尺度海洋声速模型 4
1.4 问题的提出4
1.5 本文研究的意义 4
1.6 本文研究的主要内容 5
2 差分 GPS 水下定位系统 6
2.1 差分水下 GPS 定位系统工作原理 6
2.2 差分 GPS 水下定位系统的定位模型 7
2.2.1 双曲线定位模型 7
2.2.2 基于射线跟踪声学法定位 9
2.3 差分 GPS 水下定位系统误差来源 15
2.3.1 浮标的位置误差 16
2.3.2 浮标的时间测量误差 16
2.3.3 水下声速的测量误差 16
3 海水声速模型 18
3.1 标准温度模型 20
3.1.1 到达地球上界的太阳辐射 21
3.1.2 地面辐射与大气逆辐射 22
3.1.3 标准温度模型的异常分析 23
3.2 海水盐度25
3.2.1 全球表面盐度 25
3.2.2 海水盐度垂直梯度模型 27
- IV -
3.3 海水压力29
4 基于 Argo 浮标数据的应用 30
4.1 Argo 浮标 30
4.1.1 Argo 浮标计划 30
4.1.2 Argo 浮标的工作原理 31
4.1.3 浮标数据文件 31
4.2 声速经验公式 32
4.3 实际数据计算 35
4.4 垂直声速梯度的三次样条函数插值 35
4.5 基于 Argo 浮标的表层洋流研究 36
4.5.1 表层洋流的方向计算 36
4.5.2 表层洋流流速计算 37
4.5.3 浮标信息的提取 38
4.5.4 洋流方向和流速显示 38
4.5.5 与现有资料的比较 40
5 结论与展望 41
参 考 文 献 43
作 者 简 历 46
附 录 49
- V -
1 绪论
1.1 引言
精密水下 GPS 定位系统（Underwater GPS Positioning System ）可以看成是水面
可变长基线水下定位系统。这个概念最初是由法国 ACSA 公司提出，通过将浮标类
比为 GPS 定位系统的 GPS 卫星，将水下移动终端类比为 GPS 接收机，从而借用 GPS
定位系统的概念。
该系统主要由水面 GPS 智能浮标系统（GIB ）、水下收发终端、数据处理中心
组成。图 1.1 为法国 ACSA 公司提供的水下 GPS 系统概念图。GIB 将 GPS 系统和水
下声学系统集成在一起，完成卫星定位与水声测量功能，并提供无线电通讯链路，
实现整个系统的协同工作。GIB 通过 GPS 直接测量浮标的精密坐标，还需要检测水
声信号测量水声信号到达浮标的时间，并通过无线电台，将数据发送到数据处理中
心。所有的定位计算工作都由数据处理中心完成[1] 。
由于距离是根据声波传播的时间与声速计算得到，要实现精密的水下定位，就
需要精密的时间测量和准确的海水声速。声音在介质中的传播速度与介质的特性有
关，这样海水介质的变化将会影响声速的
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