[发明专利]一种基于等效声速梯度的长基线水声定位方法

说明书

技术领域

本发明属于水声定位导航领域，具体涉及一种基于等效声速梯度的长基线水声定位方法。

背景技术

长基线水声定位系统跟踪范围大，定位精度高，已经在海洋资源开发、海洋工程建设、水下考古、海洋国防建设等多方面得到了广泛应用。目前已研发的长基线水声定位系统多采用距离交会的定位方法，距离测量的精度直接影响到长基线系统的定位精度，因此根据实测声速剖面进行声线改正非常重要，但声速剖面难以实时获取，声速剖面代表性误差难以避免，因此有必要研究一种能够有效消除声速剖面代表性误差影响的长基线水声定位系统。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于等效声速梯度的长基线水声定位方法，设计合理，克服了现有技术的不足，消除了声速剖面的误差影响，提高了精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于等效声速梯度的长基线水声定位方法，采用长基线水声定位系统，其包括安装在水面船只的处理及控制单元、安装在水面船只或水下机器人上的收发换能器以及布设在海底的由多个应答器组成的应答器基阵，所述收发换能器和应答器基阵上都安装有微型声速仪；

所述的基于等效声速梯度的长基线水声定位方法按照如下步骤进行：

步骤1：对布设在海底的应答器基阵进行绝对位置校准；

步骤2：通过处理及控制单元控制收发换能器和应答器基阵测量声波传播的往返时间t_i，通过处理及控制单元控制微型声速仪测量收发换能器的声速C₀和应答器的声速C′_0i；

步骤3：计算收发换能器到各个应答器的近似距离和目标近似坐标以及各个应答器到收发换能器的近似距离和目标近似坐标；

步骤4：计算出准确的目标位置。

优选地，在步骤3中，具体包括：

步骤3.1：利用历史声速剖面计算近似等效声速梯度g₀，设置搜索步长Δg，搜索等效声速梯度g_ij：

g_ij＝g₀+j·Δg(9)

式中，i为声线序号，j为搜索次数。

步骤3.2：利用g_ij以及测量得到的收发换能器的声速C₀、声波往返时间t_i，计算收发换能器到各个应答器的近似距离L_ij及目标近似坐标P_j(X_j,Y_j,Z_j)；

步骤3.3：根据声速剖面积分面积相等原则，通过公式(10)计算应答器到收发换能器的等效声速梯度g′_ij：

g′_ij＝g_ij-2(C′_0i-C₀)/(Z_i-Z_j)(10)

其中，C₀、C′_0i分别为通过微型声速仪测量得到的收发换能器和应答器的声速值，Z_i为应答器的深度值，Z_j为步骤3.2计算得到的目标近似坐标P_j(X_j,Y_j,Z_j)的深度值；

步骤3.4：利用计算得到的g′_ij以及测量得到的应答器的声速C′_0i、声波往返时间t_i，计算各个应答器到收发换能器的近似距离L′_ij及目标近似坐标P′_j(X′_j,Y′_j,Z′_j)。

优选地，在步骤4中，具体包括：

步骤4.1：根据计算出的收发换能器到各个应答器的距离L_ij以及各个应答器到收发换能器的距离L′_ij，令ΔL_ij＝|L_ij-L'_ij|；

步骤4.2：根据往返距离相等的原则，当ΔL_ij取最小值时的g_ij值即为实际等效声速梯度g_i值，即g_i＝g_ij，采用最小二乘法计算出准确的目标位置P(X,Y,Z)。