[发明专利]一种水下潜标位置综合校准测量点快速优化布局方法

说明书

本发明公开了一种水下潜标位置综合校准测量点快速优化布局方法，所述布局方法包括以下步骤：步骤一：建立潜标位置校准模型；步骤二：确定不同声信号传播距离的时延测量误差关系式；步骤三：构建潜标位置单点校准精度数学模型；步骤四：选取潜标预估位置区域，在此区域内选取N个点利用步骤一至步骤三所述方法构造区域校准精度目标函数，当目标函数取得最小值时，此时的(x_i,y_i)即为测量点位置的最优值；步骤五：采用人工蜂群算法求解步骤四中的目标函数F，获得测量点优化布局结果。本发明的方法具有更符合实际情况、优化速度更快、测量更加准确等优点。

技术领域

本发明属于水下潜标布局领域，提出了一种水下潜标位置综合校准测量点快速优化布局方法。

背景技术

开发和利用海洋资源必须首先探知海洋。为实现声学信息的采集及海洋探测等目的，潜标系统应运而生并且被广泛应用于实践当中。潜标系统是一种获取海洋环境信息的有效手段，它可以在恶劣的海洋环境条件下长期、连续、隐蔽地在水下工作，对过往船只、水中运动目标和各种海况下的环境噪声信息进行收集。同时潜标系统独立自主工作能力较好，自动化程度高。近年来，潜标系统已经被广泛应用于国防军事、海洋科学研究、水下工程前期调查、海洋开发等各个领域。潜标作为整个潜标系统的支撑点，在工作前必须首先对潜标位置进行校准，其校准精度直接影响整个系统的工作性能。因此，潜标位置校准问题一直是各国学者研究的重点问题。

目前海底潜标位置校准方法主要包括投放位置标示法、垂线相交法、超短基线定位校准法以及绝对校准法，其中绝对校准法是一种基于到达时间TOA(time of arrival)的校准方法。它主要采用测量船搭载船载声呐对待测潜标进行测定，测量船配备有卫星定位系统，然后通过测量信号由测量船到待测潜标之间的时延信息，采用几何交汇的方法解算得到待测潜标的绝对位置。传统的绝对校准过程中，一般选取成矩形的四个测量点上的相关信息利用球交汇模型进行解算。通常情况下，待测潜标深度由潜标自带的测深系统测出，当待测潜标深度已知时，球交汇模型退化为圆交汇模型。测量过程中，潜标入水后，由于水下水流环境十分复杂，导致潜标的工作位置距离投放位置有着一定偏差。此时，测量点布局将直接影响到潜标位置的校准精度。传统的测量点布局手段一般采用固定时延测量误差和蒙特卡洛方法进行，然而时延测量误差与声信号传播距离直接相关，采用固定误差分析不符合实际情况，同时蒙特卡洛方法耗时过长，不适合实时分析校准精度。此外，由于潜标偏离预定投放位置一定距离，此时若仍然采用预定投放点单点为中心点进行测量点布局与实际情况并不相符。

发明内容

本发明的目的是提出一种水下潜标位置综合校准测量点快速优化布局方法，以解决现有的水下潜标布局方法潜标位置精度差的问题，该方法能够以潜标预估区域为中心区域快速且合理地优化潜标位置校准的测量点布局，从而有效地提高潜标位置的校准精度。

本发明通过以下技术方案实现：一种水下潜标位置综合校准测量点快速优化布局方法，所述布局方法包括以下步骤：

步骤一：建立潜标位置校准模型；

步骤二：确定不同声信号传播距离的时延测量误差关系式；

步骤三：构建潜标位置单点校准精度数学模型；

步骤四：选取潜标预估位置区域，在此区域内选取N个点利用步骤一至步骤三所述方法构造区域校准精度目标函数，即：

其中，K为N个点中的一个点，HDOP_k为第K点的校准精度，当目标函数取得最小值时，此时的(x_i,y_i)即为测量点位置的最优值；

步骤五：采用人工蜂群算法求解步骤四中的目标函数F，获得测量点优化布局结果。

进一步的，在步骤一中，具体的，选取四个测量点组成矩形，其校准方程为：