[发明专利]一种应用于水下单信标导航的航路规划方法

权利要求书

1.一种应用于水下单信标导航的航路规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)计算导航场景的水平位置精度因子；

(2)根据水平位置精度因子分布，结合声信标发射换能器的指向性图以及海水中的声传播损失，确定最优航路半径，并得到最优航路；

(3)根据水平位置精度因子分布及最优航路，进行导航点优化，确定导航点位置；

步骤(1)中基于统计偏微分矩阵算法计算导航场景的水平位置精度因子分布的具体过程为：

(1.1)A和B两点的坐标为X_A＝(x_A,y_A,z)和X_B＝(x_B,y_B,z)，z为已知量，X_A和X_B的关系如下：

X_A＝X_B+L (1)

式中，L＝(l_x,l_y,0)为虚拟基线矢量，其数值可由惯性导航系统获得，AUV在A和B两点所接收信号的发射时刻t_OA和t_OB已知，信号对应的TOA信息测量值分别为t_A和t_B，声信标的坐标X_O＝(x_O,y_O,z_O)已知；

(1.2)对目标位置进行求解，其建立的方程如下：

f₁＝(x_B+l_x-x_O)²+(y_B+l_y-y_O)²+(z-z_O)²-((t_A-t_OA)c)²＝0 (2)

f₂＝(x_B-x_O)²+(y_B-y_O)²+(z-z_O)²-((t_B-t_OB)c)²＝0 (3)

由式(2)和(3)可以求解B点的坐标

(1.3)水平位置精度因子的定义如下式：

对(2)和(3)式等号两边同时取微分得：

写为矩阵的形式：

其中，M、M_O、M_T、M_C和M_I分别是f₁和f₂关于(x_B,y_B)、(x_O,y_O)、(t_A,t_B)、c和|L|的偏微分矩阵，具体如下：

(1.4)从(7)式中可以得到dx和dy的如下表达式：

为了得到E((dx)²+(dy)²)，令(8)式乘以该式的转置并在等号两侧取期望，化简得：

其中：

和分别是信标位置误差、测量误差、声速测量误差和惯性导航系统误差的标准差，则水平位置精度因子最终可写为：