[发明专利]一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法

说明书

本发明公开了一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法：首先，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；其次，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；最后，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，确定当前位置。本发明能够弥补传统水声定位技术放置的基元多、结构复杂、成本较高，以及航位推算法中误差累积和需要起始点位置信息的不足。

技术领域

本发明属于海洋导航定位技术领域，具体涉及一种基于单水声信标距离量测的水下导航定位方法。该方法主要应用于航行器在未知水下环境中航行作业时的定位估计。

背景技术

水下导航定位技术是海洋科学考察、资源勘查及开发的必要技术，而水声定位技术是目前水下导航定位研究的主要方向之一。

传统的航位推算法，具有短时间内高精度定位的特点，但是其定位误差会随着时间推移而累积增大，且在航位推算的过程中需要已知起始点位置信息。在航行器进行长距离航行时，航位推算法的缺点就变得十分明显，而且该方法产生的累积误差是无界的，随着时间增长，定位精度越来越差。

传统的水声定位技术包括长基线定位系统、短基线定位系统以及超短基线定位系统三种方式。这些传统方法可以在覆盖区域内提供高精度的定位更新信息，但需要的水声基元较多、系统布设复杂、成本昂贵，无法广泛应用于水下航行器的导航定位需求。

目前对于单信标水声定位的研究，都是将测距作为辅助信息，为惯性导航系统等提供观测量，从而提高位置估计精度，但这种方式下，导航系统的可观性要求对航行器与水声信标之间的相对运动方向具有严格的要求，当相对航向过于单一时，辅助效果将大打折扣，导航估计准确性迅速降低。

发明内容

本发明针对水下航行器在航行过程中的定位需求，提供一种物理结构简单、成本低、定位准确的定位方法。能够弥补传统水声定位技术放置的基元多、结构复杂、成本较高，以及航位推算法中误差累积和需要起始点位置信息的不足。利用本发明定位方法，航行器通过与固定水声信标进行连续的距离量测，结合自身的航向和深度，以及潜标的实时深度信息，即可确定自身位置，实现实时定位。

本发明所采用的技术方案是：一种基于单水声信标距离量测的水下定位方法，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。

进一步的，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；