[发明专利]一种基于“准短基线”的惯性导航/水声组合导航方法

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航与水声定位技术领域，具体涉及一种基于“准短基线”的惯性导航/水声组合导航方法。

背景技术

传统短基线水声定位系统由3个以上换能器组成，换能器的阵形为三角形或四边形，组成声基阵。为了保证定位精度，换能器之间的距离应超过10m，换能器之间的相互关系可以精确测定，组成声基阵坐标系，声基阵坐标系与船坐标系的相互关系由常规测量方法确定。

短基线的测量方法是由一个换能器发射，所有换能器接收，得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值。系统根据声基阵相对船坐标系的固定关系，借助GPS定位和航姿信息，可解算得到目标的大地坐标。

构成短基线声基阵的换能器与超短基线相比技术较易实现，但是水下运载体的横向宽度很难安装多达3个以上相互间距离10m以上的换能器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是利用水下运载体纵轴方向有较大长度和水下导航可借助深度传感器将3维定位转换为2维的特点，改进传统短基线定位系统的换能器布置方案，提出适合于水下运载体应用的“准短基线”定位的概念，并基于“准短基线”提出一种惯性导航/水声组合导航方法。

本发明通过以下方案来实现：

一种基于“准短基线”的惯性导航/水声组合导航方法，具体过程为：

(1)在水下运载体的艏、艉两端各安装一个声学询问器，并确定两询问器之间的间距；在运载体艉端询问器安装处安装深度传感器；两询问器、深度传感器及水下运载体周围的应答器共同构成“准短基线”定位系统；

(2)定义以艉端询问器为原点、以艉端询问器和艏端询问器在艉端询问器所在水平面内的投影的连线为y轴的右手系为载体水平坐标系；

(3)在运载体上安装惯导系统，惯导系统安装位置与水下运载体艉端的询问器一致；

(4)运载体开始行进并利用惯导系统实现导航，行进一段时间后，在需要对惯导系统积累误差进行校准时，艏、艉两端的两个询问器顺次发出询问信号，利用声学测距原理分别获得两询问器至应答器的距离；

(5)根据两询问器至应答器的距离以及深度传感器测量的深度信息，计算应答器在载体水平坐标系的位置信息；

(6)根据应答器在载体水平坐标系位置信息和已知的应答器在导航坐标系的位置信息，计算出水下运载体在导航坐标系中的位置信息，利用所述位置信息实现对惯导系统的校准，实现惯导/水声组合定位。

进一步地，本发明所述应答器为已经布设于海底的应答器，或为由水下运载体自动投放的应答器；当为水下运载体自动投放的应答器时，所述应答器位于浮标上，且浮标上装备有卫星导航接收天线，应答器在导航坐标系中的位置信息由接收天线接收。

进一步地，所述计算应答器在载体水平坐标系的位置信时，其横坐标由运载体艏向幅值变化和艏向角确定。

有益效果：

本发明利用惯性导航/水声组合定位方法，其只需安装两个换能器即可实现，改进传统短基线定位系统的换能器布置方案，实现水下持续导航的目的。

附图说明

图1为准短基线定位系统的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示，在水下运载体的艏(B'₂)艉(B₁)线两端各装一换能器，其间距为D，即B₁B'₂＝D。在运载体上艉端询问器安装处安装深度传感器；两询问器、深度传感器及水下运载体周围的应答器共同构成了“准短基线”定位系统。定义以艉端询问器为原点、以艉端询问器和艏端询问器在艉端询问器所在水平面内的投影的连线为y轴的右手系为载体水平坐标系。即令B₂点为运载体艏换能器B'₂在B₁水平面内投影，定义oxyz为以换能器B₁为原点，以B₁B₂连线为y轴，在B₁水平面内构成的右手载体水平坐标系。设Z₁为B₁处水深，B'₂处水深为Z₂＝Z₁-Dsinθ，D'＝Dcosθ，设运载体周围的应答器为tr，由两询问器、深度传感器及应答器共同构成“准短基线”定位系统，如图1所示。