[发明专利]水声定位导航系统阵元位置校准测量点间距优化方法

权利要求书

1.一种水声定位导航系统阵元位置校准测量点间距优化方法，其特征是：所述方法包括如下步骤：

步骤一：根据测量船的测量位置坐标，建立阵元位置精准校对优化模型；

所述步骤一具体为：选取测量船的三个测量点，组成边长为L的等边三角形，建立阵元位置精准校对优化模型，通过下式表示测量船收发信号所在位置为焦点的椭圆模型，所椭圆模型通过下式表示：

t_i＝τ_Ti+τ_Ri (2)

其中，(x，y，z)为待测阵元位置坐标，(x_Ti，y_Ti，z_Ti)为测量船发射询问信号时刻的位置坐标，(x_Ri，y_Ri，z_Ri)为测量船接收应答信号时刻的位置坐标，i为测量点序号，t_i为完成一次询问应答所需的总时延，τ_Ti为测量船询问信号到待测阵元的传播时延，τ_Ri为待测阵元信号到测量船的应答时延，c为海中声速；

步骤二：建立时延测量误差与收发距离函数关系式；

所述步骤二具体为：建立时延测量误差与收发距离的函数表述式，根据克拉美罗下界，建立时延测量误差的均方差的下界表示式，所述下界表示式通过下式表示：

其中，σ_t为时延测量误差，T₁为信号持续时间，f_H为信号的频率上限，f_L为信号的频率下限，SNR为信噪比；

信噪比与收发距离有关，通过下式计算信噪比：

SNR＝SL-NL-TL (4)

其中，其中，SL为声源级，NL为海洋环境噪声级，TL为传播损失，单位皆为dB；

传播损失与首达距离和频率有关，通过下式计算传播损失：

TL＝n log r+αr，α＝0.036·(f/1000)^3/2 (5)

其中r为收发距离，单位为m，α为海水的声吸收系数，其中f为声信号的频率，单位为Hz；

步骤三：构建阵元位置校准时延测量误差传递函数，采用差分进化算法对阵元位置校准时延测量误差传递函数求解，获得待测阵元位置结果和误差；

所述步骤三具体为：

第一步：构建阵元位置校准时延测量误差传递函数，所述函数通过下式表示：

其中，F为阵元位置校准时延测量误差传递函数，R_i为测量船接收应答信号时的坐标向量，T_i为测量船发射询问信号时的坐标向量，s为待测阵元坐标向量；

第二步：通过差分进化算法求解阵元位置校准时延测量误差传递函数，获得阵元位置的估计结果和误差；当函数F达到最小值时，获得待测阵元位置的坐标的估计结果即为s，以及时延测量误差；

步骤四：采用统计学方法获得阵元位置校准精度；

步骤五：改变测量点间距，重复步骤一至步骤五，获得不同测量点间距对应的阵元位置校准精度；

步骤六：比较不同测量点的间距时的阵元位置校准精度，确定校准精度最高的测量点间距为最佳测量点间距。

2.根据权利要求1所述的一种水声定位导航系统阵元位置校准测量点间距优化方法，其特征是：根据时延测量误差和收发距离确定高斯分布的随机数m：

σ_t满足(0，m)高斯分布的随机数。

3.根据权利要求1所述的一种水声定位导航系统阵元位置校准测量点间距优化方法，其特征是：所述步骤四中采用统计学方法获得阵元位置校准精度的具体方法为：改变σ_t，重复步骤三至步骤四，采用统计学的方法对待测阵元位置的坐标估计结果取2000次平均，获得当前测量点间距时的阵元位置校准精度。