[发明专利]基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位与跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位与跟踪方法，属于海洋技术领域，所述方法利用波浪滑翔器搭载小型声学探测水听器阵形成单个探测节点，每个节点配备卫星通信模块、姿态仪与罗经。单个节点通过卫星宽带通信的方式与集控中心连接，多个节点实现远程实时组网并将单点采集信号回传集控中心，集控中心融合多个节点信号初步估计水下声学目标位置。当有效节点数不足以估计目标位置时，集控中心规划有效节点附近的其他波浪滑翔器运行轨迹，使其覆盖目标区域，从而增加目标检测的有效节点数。利用初步估计的水下声学目标位置作为目标位置的观察值，结合目标运动方程估计目标当前位置作为最终输出，从而实现水下声学目标的精确定位与跟踪。

技术领域

本发明属于海洋技术领域，具体为一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位与跟踪方法。

背景技术

水下声学目标定位与跟踪一直受到广泛的关注。传统水下声学目标定位通常采用大孔径接收阵实现，随着各种自主平台，包括水下自主机器人、水下滑翔机、波浪滑翔器等的发展使得分布式检测、定位与跟踪更加可行。水下自主机器人具备高精度水下导航与轨迹控制能力，但是受到水声通信的限制实现大范围多节点组网难度较大；水下滑翔机具备低噪声、长时序工作的特点，但是由于航迹控制精度差、水声通信限制，同样不适合大范围组网。自身位置的精确获取结合实时通信能力可以使得分布式检测成为可能；利用分布式节点搭载声学探测水听器阵，利用节点之间精确的同步采样可以实现大孔径的阵列的效果，从而提高水下声学目标检测几率，进而可实现水下声学目标的精确定位与跟踪。

波浪滑翔器是一种新型跨界面平台，结合了水面船体和水下牵引机的优势，可搭载卫星通信模块实现全球实时通信，基于太阳能电池优势可实现可长时序、全天候在线工作的优势。利用多套波浪滑翔器跨界面、可实时控制的优势，基于卫星通信实现多套滑翔机组网并搭载声学探测设备，通过实时规划多套滑翔机运行轨迹实现水下声学目标实时定位与跟踪。

发明内容

本发明基于卫星通信组网的波浪滑翔器搭载小型声学探测水听器阵，提出一种利用波浪滑翔器机动能力实现水下声学目标定位的策略，在次基础上结合目标运动方程利用序惯贝叶斯跟踪方法实现目标实时跟踪的方法。

本发明利用波浪滑翔器搭载小型声学探测水听器阵形成单个探测节点，每个节点配备卫星通信模块、姿态仪与罗经。单个节点通过卫星宽带通信的方式与集控中心连接，多个节点实现远程实时组网并将单点采集信号回传集控中心，集控中心融合多个节点信号初步估计水下声学目标位置。当有效节点数不足以估计目标位置时，集控中心规划有效节点附近的其他波浪滑翔器运行轨迹，使其覆盖目标区域，从而增加目标检测的有效节点数。利用初步估计的水下声学目标位置作为目标位置的观察值，结合目标运动方程估计目标当前位置作为最终输出，从而实现水下声学目标的精确定位与跟踪。

本发明通过如下技术方法实现：

一种基于波浪滑翔器组网技术的水下声学目标定位方法，所述方法利用波浪滑翔器组网技术的水下定位系统来实现，所述的水下定位系统包括集控中心和K个网络节点，其中K≥1，一个网络节点包括搭载声学探测水听器阵的波浪滑翔器、GPS、卫星通信模块、姿态仪、罗经；声学探测水听器阵连接在波浪滑翔器的下方，GPS、姿态仪与罗经集成在声学探测水听器阵上；卫星通信模块为单个节点提供PPS秒脉冲、同步时钟以及双向通信能力，姿态仪与罗经确定声学探测水听器阵自身姿态与方向；单个网络节点具备水下声学目标信号检测与信号到达方位估计能力，K个节点将各自检测到的水下目标信号特征频谱与方位信息以及相应的时间戳信息、当前节点声学探测水听器阵位置信息一并通过卫星通信模块发送到集控中心；集控中心将K个节点信息融合，根据数据融合结果对各节点轨迹运行轨迹进行规划，各节点初始位置按照网格化平均分布，如图1所示，节点轨迹规划具体方法如下：

1.集控中心根据各节点回传信息首先计算各节点信号能量E_k；