[发明专利]一种应用于水下单信标导航的航路规划方法

说明书

本发明公开了一种应用于水下单信标导航的航路规划方法，属于水下导航技术领域。本发明涉及了单信标的TOA导航算法。本发明提高了单信标导航方式的导航精度。一：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(Horizontal Dilution of Precision，简记为HDOP)，即导航精度分布；二：根据HDOP分布，结合声信标发射换能器的指向性图及声传播损失，确定最优航路半径，并得到最优航路；三：根据HDOP分布及最优航路，进行导航点优化，确定导航点位置。本发明应用于水下设备导航领域。

技术领域

本发明属于水下导航技术领域，具体涉及一种应用于水下单信标导航的航路规划方法。

背景技术

水下导航是使水下航行体或人员获得自身的绝对坐标或相对某一参考物的相对坐标。水下导航一直是水下航行体研究中一项关键技术。随着海洋开发和海洋科考的不断深入，在很多场合都需要给各式各样的水下航行体或人员提供其自身的导航信息，这对水下导航系统提出了越来越多的要求：低成本、使用和布放方便、任意数目用户接入导航等。目前主要是通过多基线进行水下导航，但多基线需要布放至少3个信标，成本高、回收布放复杂。在这种情形下，基于单信标的水下导航系统受到了越来越多的关注，其只需要一个信标安放在母船或海底即可实现一个区域的导航。

显而易见，基于单信标的导航系统具有经济性好、使用方便的优点。特别是在发展海洋经济的过程中，越来越多的海洋经济开发，水中的传感器、执行器也越来越多，对水下导航系统的目标承载能力、使用方便性要求也越来越高，这使得单信标系统具有越来越广泛的应用前景。

单信标导航是近二十年发展起来的一种新型导航方式，它只需布放一个声信标就可实现一个区域的导航，相比传统的长基线和超短基线的导航方式，具有布阵简单和成本较低的优点。目前已有大量学者对单信标导航方式的可行性和有效性进行了充分论证，但该导航方式的航路规划方法还未被提出，其导航精度有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供在分析误差环境的基础上提高导航精度的一种应用于水下单信标导航的航路规划方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种应用于水下单信标导航的航路规划方法，包括以下步骤：

步骤一：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(Horizontal Dilution of Precision，简记为HDOP)，即导航精度分布；

步骤二：根据HDOP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。

步骤三：根据HDOP分布及最优航路，进行导航点优化，确定导航点位置。

所述步骤一中基于统计偏微分矩阵算法计算导航场景的HDOP的具体过程为：

AUV在同一水平面内从A点航行到B点，AUV在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)