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专利号: 2021105030408
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,包括:S1.获取海面测船的三维空间位置和水下未知目标应答器的概略坐标;

通过所述概略坐标反算声线入射角;

S2.通过声速剖面仪测得水下未知点所在海域的声速剖面;

使用声线跟踪定位算法计算所述声线入射角下的水下未知点的精确坐标;

S3.采用平均声速最小二乘定位算法进行定位,寻找最佳平均声速;

所述最佳平均声速,满足平均声速最小二乘定位结果与声线跟踪定位结果的误差要求;

S4.变化所述声线入射角,重复步骤S1至S3,得到声线入射角与平均声速之间的函数关系,建立基于声线入射角的新的平均声速定位模型;

S5.在新的平均声速定位模型下进行定位,得到水下未知点的精确位置,完成对水下目标的快速精确定位。

2.根据权利要求1所述的一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,所述步骤S1包括如下子步骤:

S1.1.通过POS定位定向系统获取海面测船的精确三维位置信息(Xb,Yb,Zb);

S1.2.通过坐标转换,获得测船底部换能器的三维位置(Xi,Yi,Zi);

S1.3.在已知水下未知目标应答器概略坐标(X0,Y0,Z0)的基础上,通过坐标反算获得此刻的声线入射角θi,公式如下:

3.根据权利要求1所述的一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,所述步骤S2包括如下子步骤:

S2.1.通过声速剖面仪获取水下未知点的水域温度、盐度、压力水文数据,反演水下未知点所在海域的声速剖面,所述声速剖面指声速关于水深的关系;

S2.2.在获得声速剖面的基础上,将该海域分为N层,采用等梯度声线跟踪算法计算第i层的声信号传播的时间ti,公式如下:其中, 表示声速梯度,α表示声线掠射角,v表示声速,z表示水深;

S2.3.通过累加传播的时间ti,得到声线总的传播时间S2.4.获取已知实际测量声信号传播时间T,通过最小二乘法得到坐标改正值dx,公式如下:

T ‑1 T

dx=(APA) APb,

其中,A表示雅可比矩阵,P表示观测权阵,b表示测距残差;

S2.5.迭代步骤S2.4,通过dx坐标改正,得到声线入射角θi下,水下目标未知点的精确位置(X,Y,Z)。

4.根据权利要求1所述的一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,所述步骤S3包括如下子步骤:

S3.1.测得声速剖面后,计算平均声速 公式如下:其中,表示平均声速,N表示声速剖面分层数,vi表示第i层声速值;

S3.2.当声速为平均声速 时,采用平均声速最小二乘定位算法进行定位,得到声线入射角θi下的水下未知点的粗略坐标(X′,Y′,Z′);

S3.3.变化平均声速 寻找最佳平均声速 使得平均声速最小二乘定位结果(X′,Y′,Z′)与声线跟踪定位结果(X,Y,Z)满足限差要求。

5.根据权利要求1所述的一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,所述步骤S4包括如下子步骤:

S4.1.通过S1、S2和S3步骤得到在声线入射角θi下的最佳平均声速 获得该声速下水下目标未知点的精确位置;

S4.2.通过改变海面测船的位置,改变声线入射角θi;

S4.3.重复S1、S2和S3步骤,建立声线入射角与平均声速之间的函数关系,公式如下:其中,a、b、c表示待定参数;

S4.4.根据平均声速定位原理,在声线入射角与平均声速之间的函数关系基础上,建立新的平均声速定位模型,公式如下:其中, 表示距离观测值, 表示建立的新的声速函数,ti表示声信号传播时间,εL表示测距误差。

6.根据权利要求1所述的一种新的平均声速水下声呐定位方法,其特征在于,步骤S5包括如下子步骤:

S5.1.根据S4提出的新的平均声速定位模型,进行线性化,公式如下:其中,ei表示方向余弦,ri表示线性化残余项,ε表示其它误差,ei=(x0‑xi)/di(x0);

S5.2.进行最小二乘定位解算,公式如下:T ‑1 T

dx=(APA) APb;

S5.3.得到水下未知点的精确位置(X,Y,Z)″,公式如下:(X,Y,Z)″=(X0,Y0,Z0)+dx;

由以上步骤可完成对水下目标的快速精确定位。