[发明专利]基于GNSS卫星的水下航行器定位方法及系统

权利要求书

1.基于GNSS卫星的水下航行器定位方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)在水面上布设至少3个定位浮标，上述每个定位浮标上均携带有GNSS接收机和水声应答机；

(2)水下航行器上携带有水声问答机；

(3)定位浮标的GNSS接收机接收3颗或3颗以上的GNSS播放的卫星信号，实时完成定位浮标的定位和授时，并把定位和授时信息发送到水声应答机；

(4)当水下航行器需要定位时，水下航行器的水声问答机便产生问答信号，并将该问答信号转换为声信号后发送出去；

(5)定位浮标的水声应答机接收到水下航行器发来的问答信号后，将定位和授时信息进行编码和调制为应答信号，并将该应答信号转换为声信号发射出去；

(6)水下航行器的水声问答机接收定位浮标的水声应答机返回的应答信号后，完成定位浮标到水下航行器的距离测定；

(7)当水下航行器的水声问答机同时得到至少3个定位浮标到水下航行器的距离时，就可以计算出水下航行器的绝对位置坐标。

2.根据权利要求1所述基于GNSS卫星的水下航行器定位方法，其特征是，步骤(4)中水声问答机将问答信号转换为声信号和/或步骤(5)中水声应答机将应答信号为声信号的过程具体如下：

(a)信息编码：将问答信号进行纠错编码和交织编码；

(b)扩频调制：采用m序列对信息编码后的问答信号进行直接序列扩频；

(c)载波调制：采用相位想干调制方式对扩频调制后的问答信号进行调制；

(d)发射带通滤波：将载波调制后的问答信号进行带通滤波；

(e)数模转换：将滤波后的问答信号进行模数转换；

(f)发射放大：将模数转换后的问答信号进行发达后发送出去。

3.根据权利要求1或2所述基于GNSS卫星的水下航行器定位方法，其特征是，在步骤(6)中，水声问答机是采用双向单程测距方法实现定位浮标到水下航行器的距离测定的，即：

(a)定位浮标上的水声应答机通过捕获跟踪水下航行器上的水声问答机发出的反向测距信号，获得到前向测距信号帧同步与反向测距信号帧同步之间的时延T₁；

(b)水下航行器的水声问答机通过捕获跟踪定位浮标的水声应答机发出的反向测距信号，获得到前向测距信号帧同步与反向测距信号帧同步之间的时延T₂；

(c)将上述步骤所得时延T₁和时延T₂，分别带入式③和式④即可得到定位浮标和水下航行器的距离D和时钟差Δt

D=12·[(T1+T2)-(t12+t21)]·c]]>③

Δt=12·[(T1-T2)+(t12-t21)]]]>④

上式中，定位浮标到水下航行器的单向时延迟t₁₂和水下航行器到定位浮标的单向时延迟t₁₂均通过标校获得，c为声波在水中传播的速度。