[发明专利]基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法

说明书

本发明公开了基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法，属于水声定位技术领域。包括以下步骤：在2个信标的公共作用区域，分别获得2个信标对水下目标的单信标测距定位结果；根据目标姿态误差对目标运动速度的影响，计算目标航向角误差对单信标测距定位结果的影响，确定水下目标声学双精度加权融合时的权系数；根据2个信标各自的单信标测距定位结果，利用选定的权系数计算得到双精度加权融合后的定位结果。本发明通过双精度加权融合的方式，克服了单信标测距定位中目标航向角影响的问题，实现对水下目标单信标测距定位精度的提升。

技术领域

本发明属于水声定位技术领域，具体涉及一种基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法。

背景技术

目前对于水上目标的定位通常采用卫星技术为主的技术手段(GPS系统、伽利略系统、北斗系统等)，辅以惯性及其它定位技术。当目标处于水下时，由于水介质对无线电波的强烈吸收作用，限制了卫星定位的应用。此时，以声波作为信息载体的水声定位技术成为主要选择，不但能完成对目标的定位、导航，还能作为惯性定位导航技术的有效辅助校准手段。

水声定位技术最先应用于军事，后由于海洋开发、勘探、资源开采的需求逐步应用于各类商用、民用工程。它能够提供海底勘查设备如ROV(Remotely Operated Vehicle)和AUV(Autonomous Underwater Vehicle)等重要的定位、导航和通信支撑。通过在水面工作船只、水下移动平台以及作业海区上加装和布放声学定位设备，可实现水面对水下目标位置的实时监控、水面与水下平台的信息交互，是海洋科学考察、海洋资源勘探、海洋资源开发、深海空间站建设等工程的必备手段。

基于单信标测距的定位方法需要利用实际布放的单只信标的地理位置和目标运动速度。信标的地理位置可以通过水面试验船预先标定得到，该地理位置属于大地坐标系。目标运动速度通过加速度计或者多普勒测速仪测量得到，为载体坐标系下的观测量。水下目标的定位导航常采用大地坐标系，所以需要通过坐标旋转矩阵将载体坐标系下的运动速度转换为大地坐标系下的运动速度。坐标旋转矩阵由目标姿态角组成，姿态角的误差会传递给虚拟信标的位置，进而影响定位结果，而其中影响最大的便是目标航向角。为了解决上述问题，本发明提出了一种基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克服目标航向角误差对坐标旋转矩阵的影响，提高单信标测距定位系统对水下目标的定位精度的基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

基于单信标测距定位双精度加权融合的航向误差补偿方法，包括以下步骤：

(1)在2个信标的公共作用区域，分别获得2个信标对水下目标的单信标测距定位结果。

(1.1)当水下载体位于X_bn处时，利用第1～n-1个测距周期的测距信息和载体运动参数，基于真实信标AT构建n个虚拟信标；

(1.2)获得信标X_t1和水下目标的单信标测距定位结果X₁：

对于信标X_t1，虚拟信标VT_1i＝(x_t1i,y_t1i,z_t1i)^T与真实信标X_t1的关系满足：

利用虚拟信标VT₁的位置，第i个测距周期对应的测距方程可以写成：

||X_b1n-VT_1i||＝r_1i