[发明专利]一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法

权利要求书

1.一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，水下航行器搭载水声通信机与固定位置的水声信标以固定频率进行斜距测量，水声信标将自身水深发送给航行器，航行器结合水声信标和航行器自身的实时水深，计算得到航行器与水声信标的深度差与水平距离；

步骤B，在航行过程中，航行器利用罗经和多普勒测速仪得到自身的准确航向和速度，从而得到某一时间段内航行器准确的航行轨迹；

步骤C，航行器以测距序列和航向为约束，以水声信标位置为参照，对实时相对航行轨迹在水声信标覆盖范围内进行匹配定位，确定航行器当前位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法，其特征在于，步骤A具体包括：

步骤A1，水下航行器在航行过程中，利用自身携带的磁罗经或惯性陀螺测量实时的航向，利用多普勒测速仪测量自身的绝对航行速度，结合航向，得到速度矢量；

步骤A2，当水下航行器进入单信标覆盖区域后，接收水声信标发送的位置、深度和测距信号；

步骤A3，航行器在t₁，t₂，…，t_n共n个时刻测量与水声信标之间的斜距d₁，d₂，…，d_n，利用接收到的水声信标深度和航行器自身深度计算深度差h₁，h₂，…，h_n，进而，利用勾股定理，计算航行器与水声信标之间的水平距离R₁，R₂，…，R_n，其中，以R_i为半径，以水声信标位置为圆心，得到n个同心圆C₁，C₂，…，C_n。

3.根据权利要求2所述的一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法，其特征在于，步骤B具体为：航行器利用航位推算法得到t₁，t₂，…，t_n这段时间内的相对航迹，设航迹上t₁，t₂，…，t_n时刻对应的航迹点分别为P₁，P₂，…，P_n，P₁，P₂，…，P_n轨迹点的相应坐标分别为(X_P1，Y_P1)，(X_P2，Y_P2)，…，

4.根据权利要求3所述的一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法，其特征在于，所述的航位推算法是在知道当前时刻位置的条件之下，通过测量移动的距离和方位，推算下一时刻位置的方法，具体方法为：

假设航线的起始点位置为(X(0)，Y(0))，根据航行器上搭载的多普勒测速仪测得每一时刻航行器的航行速度Vel_measure(i)，利用惯性陀螺和磁罗经得到每一时刻航行器准确的航行方向Direction(i)；

通过航行速度Vel_measure(i)和航行方向Direction(i)，根据航位推算公式，推得每一时刻航行器的位置，如下：

其中，X(i+1)，Y(i+1)分别表示通过航位推算法推得的i+1时刻航行器所处的位置信息；X(i)，Y(i)为前一时刻，即第i时刻航行器所处的位置信息；dt表示测量的时间间隔。