申请/专利权人：山东科技大学

申请日：2021-10-27

公开（公告）日：2024-05-07

公开（公告）号：CN114089280B

主分类号：G01S5/30

分类号：G01S5/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.07#授权;2022.05.17#实质审查的生效;2022.02.25#公开

摘要：本发明公开了一种基于浮标的LBLUSBL混合基线合作目标水下定位方法，属于水声定位技术领域，通过北斗PPPINS组合导航系统可以获取浮标标体的高精度位置信息；水听器安装于四个浮标底部组成LBL长基线基阵，通过坐标转换可得到每个LBL节点的空间位置坐标；当定位构型满足最优构型时，可以通过LBL算法定位，结合误差改正和深度约束实现高精度水下定位；当LBL构型在风浪作用下发生变化不满足最优构型，会导致水下目标定位精度降低，可利用精确位置已知的USBL定位系统完成对水下目标定位的修正，结合误差改正和深度约束，即利用LBLUSBL混合基线定位算法实现高精度水下定位，解决了单一水声定位技术导致的定位精度和稳定性差的问题。

主权项：1.一种基于浮标的LBLUSBL混合基线合作目标水下定位方法，其特征在于，包括：S1.通过北斗PPPINS组合导航系统获取布设于海面的四个定位浮标标体的精确位置；S2.四个浮标标体的底部设有四个换能器，所述换能器用于发射和接受水声信号，其中一个是USBL基阵，三个是LBL基阵，应答器安装在水下合作目标标体上；S3.当浮标构型满足最优构型时，通过LBL非差分差分算法定位，结合误差改正和深度约束获取应答器和换能器之间高精度的相对位置，实现定位；S4.当浮标构型在风浪作用下发生变化不满足最优构型时会导致定位的精度降低，利用精确位置已知的USBL定位系统完成对水下目标位置的修正，结合误差改正和深度约束，即利用混合基线定位算法实现定位；S5.通过坐标转换将水下合作目标的坐标转换为绝对大地坐标系，完成对水下合作目标的精确定位；所述步骤S3包括：S3.1.当测船在布设浮标时，通过CTD传感器测得水下合作目标所在海域的温、盐、深数据，得到声速剖面数据；S3.2.以GDOP判定海面浮标的构型：GDOP＝sqrt9，其中，n为海面浮标的个数，当浮标的构型满足最优构型时，通过LBL非差分差分算法进行定位；S3.3.设浮标换能器的坐标为Xi,Yi,Zi，水下合作目标上应答器的坐标为x,y,z，换能器到应答器的传播时延为ti，长基线水声非差分定位模型为： 其中，R为换能器到应答器的距离，R＝c*t，其中，c为通过CTD测得声速剖面的平均值，即差分定位模型为： 其中，X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2,X3,Y3,Z3,X4,Y4,Z4分别为1，2，3，4号浮标的位置；S3.4.在水声定位中，声线会受声速变化的影响发生弯曲，为消除声学弯曲误差的影响，通过声线跟踪算法进行修正，实际的声线表示为：R＝R′-εR；其中，R为实际的声线，R′为发生弯曲时的声线，εR为弯曲量；S3.5.在应答器上集成高精度的压力传感器系统，精确测得水下合作目标所在深度，精度达万分之一，实时获取准确的合作目标的深度参数，以测得的水下合作目标的深度值作为约束条件进行定位，有效提高定位精度；所述步骤S4包括：S4.1.海面浮标在风浪的作用下，其空间位置会发生变化，此时重新以GDOP判断海面浮标的构型；S4.2.如果构型符合精度要求，则仍采用LBL算法进行定位，如果构型不满足精度要求，则需采用USBL定位系统完成对水下目标位置的修订；S4.3.USBL采用4阵元的基阵换能器，4个阵元构成左手直角坐标系，其中1号和3号阵元在x轴上，2号和4号阵元在y轴上，基阵的中心为坐标原点O，阵元间距为D，设水下合作目标位于S点，其在基阵坐标系下的坐标为x,y,z，目标矢量OS的方向余弦为 其中，α为目标径矢与x轴的夹角，β为目标径矢与y轴的夹角，R为目标斜距，超短基线定位基阵尺寸相对于目标斜距很小，入射波近似为平面波，则有其中，τx为x轴1，3阵元接收信号的时延差，τy为x轴2，4阵元接收信号的时延差，由上述公式可得由此可得水下合作目标的平面坐标，深度位置z通过压力传感器测得；S4.4.采用USBL定位时，进行声线弯曲误差改正从而提高定位的精度。

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权利要求：

百度查询： 山东科技大学 一种基于浮标的LBL/USBL混合基线合作目标水下定位方法

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