一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)SINS、AUV底部的單水聽(tīng)器(接收器)以及海底單水聽(tīng)器(帶聲源)組成。采用基于海底水聽(tīng)器發(fā)出的超聲波的周期而移動(dòng)的時(shí)間窗模型，在時(shí)間窗內(nèi)部通過(guò)對(duì)AUV處于不同位置時(shí)接收到的聲源信號(hào)做廣義互相關(guān)得到時(shí)延差，再通過(guò)計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)部AUV多點(diǎn)模型得到AUV最新位置坐標(biāo)。本發(fā)明通過(guò)時(shí)間窗內(nèi)部AUV多點(diǎn)模型計(jì)算，AUV航行距離無(wú)需過(guò)遠(yuǎn)，從而有效減小了慣導(dǎo)系統(tǒng)隨著時(shí)間不斷累積而造成的定位誤差。本發(fā)明中AUV無(wú)需上浮出水面進(jìn)行位置更新，無(wú)需數(shù)據(jù)通信且AUV被動(dòng)接受超聲波信號(hào)，不易暴露位置，提高了AUV的隱蔽性和安全性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及為一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng) 水聲定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器)現(xiàn)在在執(zhí)行各種水下 任務(wù)中發(fā)揮著重要的作用，其中包括海洋探測(cè)、水下排雷和收集海洋及河流的水深測(cè)量數(shù) 據(jù)等。為了保證AUV能夠在水下順利完成任務(wù)，并且得到比較精確的水下測(cè)量數(shù)據(jù)，就必須 要求其在水下具有長(zhǎng)期的自主的高精度定位導(dǎo)航能力，并且具有較高的隱蔽性。
[0003] 現(xiàn)在大部分AUV上使用DVL與SINS進(jìn)行組合導(dǎo)航，并通過(guò)艦位推算的方法來(lái)估計(jì)位 置，但這樣會(huì)引起慣導(dǎo)系統(tǒng)定位誤差隨著時(shí)間不斷累積，而不能滿(mǎn)足長(zhǎng)期的自主的高精度 定位要求。AUV在淺海執(zhí)行任務(wù)時(shí)采用的"潛航-水面校正-潛航"的導(dǎo)航模式進(jìn)行定位導(dǎo)航， 即當(dāng)AUV在水下航行時(shí)依靠 SINS/DVL進(jìn)行定位導(dǎo)航，當(dāng)AUV在水下潛行一定時(shí)間后為了校正 累積誤差，AUV必須上浮水面，使用SINS/GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行校正。采用這種方案，雖然能 達(dá)到校正累積誤差的目的，但是必須要求AUV不斷往返于水下作業(yè)地點(diǎn)與水面之間。這樣做 不僅影響工作效率，而且更容易暴露AUV的位置。特別是當(dāng)AUV在深海或者冰下作業(yè)時(shí)，這種 方案更加不切實(shí)際。因此，研究一種在水下長(zhǎng)期的自主的進(jìn)行可靠輔助定位的方法十分重 要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)以往的DVL與SINS進(jìn)行組合導(dǎo)航方法存在的定位誤差會(huì)隨 著時(shí)間不斷累積、"潛航-水面校正_潛航"的導(dǎo)航模式容易暴露AUV的位置等在AUV水下自主 式導(dǎo)航方面存在的問(wèn)題，提供一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，利用海底水 聽(tīng)器來(lái)確定載體的位置，計(jì)算出的位置坐標(biāo)。特別適用于長(zhǎng)期的自主的水下高精度定位導(dǎo) 航，并且具有較高的隱蔽性。
[0005] 技術(shù)方案:一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，包括以下步驟：
[0006] (1)對(duì)固定在海底的單個(gè)水聽(tīng)器作為聲源進(jìn)行定位，計(jì)算其慣性坐標(biāo)系下的位置 坐標(biāo)P(x，y，z);
[0007] (2)海底的水聽(tīng)器時(shí)刻保持工作狀態(tài)，且不斷發(fā)出周期為t的超聲波脈沖信號(hào)，當(dāng) AUV底部固定的水聽(tīng)器作為接收器接收到10個(gè)周期的脈沖信號(hào)后，即經(jīng)過(guò)時(shí)間10t，AUV已經(jīng) 向前行進(jìn)了一段距離，當(dāng)AUV底部固定的水聽(tīng)器接收到第11個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，確定并記錄AUV 當(dāng)前位置?1(1 = 〇，1，2,3-），此時(shí)以脈沖信號(hào)的出現(xiàn)作為周期信號(hào)的起始位置，接收器接 收海底水聽(tīng)器發(fā)出的一個(gè)周期的聲信號(hào)Xl(i = 〇，l，2,3~）；
[0008] (3)AUV在水聽(tīng)器所在附近水域航行時(shí)，選取記錄下來(lái)的4個(gè)AUV的連續(xù)位置形成時(shí) 間窗，表示出4個(gè)位置Pi (i = 0，1，2，3)絕對(duì)地理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：
[0010] ⑷由P3處接收到的聲信號(hào)分別與P2U0處接收到的聲信號(hào)做互相關(guān)得到時(shí)延 差 丁32、丁31、丁30:
[0011] A t3i = T3i-(30-10i)t，（i = 0，l，2);
[0012] 而AUV在Pi(i = 0，l，2,3)處時(shí)與海底水聽(tīng)器P(x，y，z)的距離為：
[0014] 所以根據(jù)所估計(jì)的時(shí)延差，水下聲速設(shè)為恒定值，記為c，得到以下的方程組：
[0015] L3-Lo= A t3〇c
[0016] L3-Li= A t3ic；
[0017] L3_L2 = A t32C
[0018] (5)由步驟(3)中的坐標(biāo)代入的距離公式后再代入方程組后，由方程組中的3個(gè)方 程得到所需的P3的坐標(biāo)(幻，73, 23)，即4群此時(shí)最新的坐標(biāo)位置。
[0019] 由于隨海底水聽(tīng)器發(fā)出的脈沖信號(hào)周期的移動(dòng)，以AUV的四個(gè)連續(xù)位置、形成多個(gè) 時(shí)間窗，對(duì)之后的時(shí)間窗進(jìn)行相同計(jì)算，可對(duì)AUV的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤并定位，使用該方法 后可以得到更精確的當(dāng)前位置坐標(biāo)。
[0020] 所述步驟(3)時(shí)間窗的表示方法為：
[0021] 1)設(shè)定原始AUV的慣性坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)為?〇(隊(duì)7()，2())，在經(jīng)過(guò)時(shí)間1(^之后， 得到當(dāng)前的位置坐標(biāo)Pi(xi，yi，zi)，在經(jīng)過(guò)時(shí)間20t之后，得到當(dāng)前的位置坐標(biāo)P2U2，y2，Z2)， 在經(jīng)過(guò)時(shí)間30t之后，得到最新的位置坐標(biāo)P3(X3，y3，Z3)，此時(shí)的四個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)時(shí)間窗；
[0022] 2)當(dāng)海底水聽(tīng)器發(fā)出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)10個(gè)周期即10t時(shí)，AUV得到當(dāng)前的慣性坐標(biāo) 系下的位置坐標(biāo)為?4(14,74,24)，此時(shí)將?()(1()，7()，2())從時(shí)間窗中刪除，并將當(dāng)前的?4與？1、 p 2、p3組成新的時(shí)間窗。以此類(lèi)推，在AUV航行的過(guò)程中，時(shí)間窗保持lot的周期向后移動(dòng)；
[0023] 3)其中第一個(gè)時(shí)間窗中，通過(guò)母船上的頂U(kuò)和羅經(jīng)傳感器對(duì)AUV當(dāng)前的航向、速度 等信息進(jìn)行測(cè)量并積分運(yùn)算后得到的lot、20t、30t時(shí)間內(nèi)AUV在絕對(duì)地理坐標(biāo)系中X、y、Z軸 向的航行距離分別為 A xi、A X2、A X3、A yi、A y2、A y3、A zi、A Z2、A Z3,從而用最新位置P3 (13,73,23)為未知參數(shù)，將?心=0，1，2)表示為 ：
[0024] (xo，yo，Z()) = ((X3_ A xi)，(y3_ A ，(Z3_ A zi))
[0025] (xi，yi，zi) = ((X3_ A X2)，（y3_ A y2)，（Z3_ A Z2));
[0026] (X2，y2，Z2) = ((X3- A X3)，(y3- A y3)，(Z3- A Z3))
[0027] 4)后續(xù)的時(shí)間窗同第一個(gè)時(shí)間窗的處理方法相同，用最新位置的坐標(biāo)作為未知參 數(shù)表示出前三個(gè)記錄的位置的坐標(biāo)。
[0028]所述步驟(4)中互相關(guān)得到時(shí)延差的方法為：
[0029] 5)假設(shè)水聽(tīng)器在?:接收到的信號(hào)為：
[0030] xi(t) = aix(t-Ti)+ru(t)；
[0031] 6)水聽(tīng)器在Pj接收到的信號(hào)為：
[0032] xj(t) =ajx(t-Tj)+nj(t)；
[0033] 其中ai、aj為聲信號(hào)在水中傳播的衰減系數(shù)，m(t)、nj(t)為互不相關(guān)的噪聲信號(hào)， Ti、Tj為傳播時(shí)間；
[0034] 7)由步驟(5)的公式對(duì)AUV底部的水聽(tīng)器在不同位置接收到的聲源信號(hào)做廣義互 相關(guān)計(jì)算，Xi(t)與Xj(t)的互相關(guān)函數(shù)為：
[0036] 8)其中nm，表示到達(dá)時(shí)間差，T表示觀測(cè)時(shí)間。根據(jù)相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)，只要找 出尺,的峰值，其對(duì)應(yīng)的Tij由兩部分組成，一是AUV底部固定的水聽(tīng)器在Pi處與Pj處由于 與海底水聽(tīng)器距離不同導(dǎo)致聲信號(hào)傳播時(shí)間不同而造成的時(shí)間差A(yù) ，二是AUV從匕到Pi 位置所經(jīng)時(shí)間kt (k為經(jīng)過(guò)的周期數(shù)）。
[0037]有益效果:本發(fā)明通過(guò)在水底設(shè)置單個(gè)水聽(tīng)器(帶聲源），以及在AUV底部設(shè)置單個(gè) 水聽(tīng)器(接收器），利用海底水聽(tīng)器持續(xù)發(fā)送聲信號(hào)來(lái)對(duì)載體的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，計(jì)算出 的位置坐標(biāo)是相對(duì)于地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系下的經(jīng)煒 度數(shù)據(jù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0038] (1)本發(fā)明利用海底水聽(tīng)器持續(xù)發(fā)送聲信號(hào)來(lái)對(duì)AUV的位置進(jìn)行確定，AUV被動(dòng)接 收聲信號(hào)，具有了較高的隱蔽性，不容易暴露AUV的位置。
[0039] (2)本發(fā)明采用基于周期移動(dòng)的時(shí)間窗定位方法，以AUV的四個(gè)連續(xù)位置形成時(shí)間 窗，并且時(shí)間窗根據(jù)海底水聽(tīng)器發(fā)出的脈沖信號(hào)的周期而移動(dòng)，可對(duì)AUV的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)跟 蹤并定位，使用該方法后可以有效減少慣導(dǎo)系統(tǒng)隨著時(shí)間不斷累積的定位誤差，可以得到 更精確的當(dāng)前位置坐標(biāo)。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0041] 圖2為本發(fā)明的時(shí)間窗模型示意框圖；
[0042]圖3為本發(fā)明聲源信號(hào)做廣義互相關(guān)得到時(shí)延差流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施案例進(jìn)行詳細(xì)的描述；
[0044] 如圖1，本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下：
[0045] 1)首先AUV通過(guò)計(jì)算機(jī)獲取到水下水聽(tīng)器作為帶聲源在慣性坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo) P(x,y,z)；
[0046] 2)然后設(shè)定當(dāng)前六群的慣性坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)為?(^()，7()，2())，此后41^向前，并 時(shí)刻保持接收水聽(tīng)器發(fā)出的超聲波，在接收到10個(gè)周期的超聲波后，（即航行經(jīng)過(guò)時(shí)間 10t)，AUV到達(dá)位置Pi，AUV通過(guò)母船上的IMU(Inertial measurement unit)和羅經(jīng)等傳感 器對(duì)AUV當(dāng)前的航向、速度等信息進(jìn)行測(cè)量并積分運(yùn)算后，記錄當(dāng)前在慣性坐標(biāo)系中x、y、z 軸向的航行距離分別為A xi、A yi、A zi，并記錄下一個(gè)周期的超聲波信號(hào)，記錄結(jié)束后，AUV 繼續(xù)向前航行，在經(jīng)過(guò)時(shí)間201之后，AUV到達(dá)位置P2，記錄當(dāng)前在慣性坐標(biāo)系中x、y、z軸向 的航行距離分別為A X2、A y2、A Z2,并記錄下一個(gè)周期的超聲波信號(hào)，在經(jīng)過(guò)時(shí)間30t之后， AUV到達(dá)位置P3,記錄當(dāng)前在慣性坐標(biāo)系中x、y、z軸向的航行距離分別為A X3、A y3、A Z3,并 記錄下一個(gè)周期的超聲波信號(hào)；
[0047] 3)當(dāng)計(jì)算機(jī)記錄了四個(gè)位置之后，計(jì)算機(jī)通過(guò)記錄的信息，用最新位置P3的慣性 坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(X3，y3，Z3)為未知參數(shù)，可將Pi (i = 0，1，2)的坐標(biāo)表示為：
[0048] (xo,yo,zo) = ((x3~ A xi), (y3~ A yi), (z3~ A zi))
[0049] (xi ,yi,zi) = ((X3_ A X2), (y3_ A y2), (Z3_ A Z2))
[0050] (X2,y2,Z2) = ((X3_ A X3), (y3_ A y3), (Z3_ A Z3))
[00511 1)計(jì)算機(jī)對(duì)P3處接收到的聲信號(hào)分別與P^P^Po處接收到的聲信號(hào)做互相關(guān)，
[0052] 如圖3,過(guò)程如下：
[0053] 假設(shè)水聽(tīng)器在?:接收到的信號(hào)為(i = 0，1，2，3):
[0054] xi(t) = aix(t-Ti)+ru(t)；
[0055] 其中ai為聲信號(hào)在水中傳播的衰減系數(shù)，m(t)為互不相關(guān)的噪聲信號(hào)，Ti為
[0056] 傳播時(shí)間；
[0057] 由步驟(2)中AUV底部的水聽(tīng)器在不同位置接收到的聲源信號(hào)做廣義互相 [0058]關(guān)計(jì)算^1(〇(1 = 0，1，2)與的幻(〇互相關(guān)函數(shù)為：
[0060] 其中t = T3-Ti，表示到達(dá)時(shí)間差，T表示觀測(cè)時(shí)間。計(jì)算機(jī)通過(guò)一定的算法找出 的峰值，其對(duì)應(yīng)的t i3由兩部分組成，一是AUV底部固定的水聽(tīng)器作為接收器在Pi處與P3處由 于與海底水聽(tīng)器距離不同導(dǎo)致聲信號(hào)傳播時(shí)間不同而造成的時(shí)間差A(yù) tl3，二是AUV從PjlJ P3位置所經(jīng)時(shí)間kt(k為經(jīng)過(guò)的周期數(shù)）；
[0061] 所以由P3處接收到聲信號(hào)的所需時(shí)間與P^P^Po處接收到聲信號(hào)的所需時(shí)間的時(shí) 間差為：
[0062] A t3i = T3i-(30-10i)t,(i = 0,l,2)；
[0063] 2)由AUV在Pi(i = 0，l，2,3)處時(shí)與海底水聽(tīng)器P(x，y，z)的距離為：
[0065] 所以根據(jù)計(jì)算機(jī)得到的時(shí)間差，水下聲速設(shè)為恒定值，記為c，可以得到以下的方 程組：
[0066] L3_Lo = A t30C
[0067] L3~Li= A t3ic ；
[0068] L3~L2= A t32C
[0069] 3)計(jì)算機(jī)將步驟(3)中的坐標(biāo)代入的距離公式后再代入方程組后，由方程組中的3 個(gè)方程可以得到所需的P3的坐標(biāo)(13,73,23)，8卩41^此時(shí)最新的坐標(biāo)位置，再通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 成大地坐標(biāo)系下的經(jīng)煒度數(shù)據(jù)，此時(shí)第一個(gè)時(shí)間窗計(jì)算完成；
[0070] 4)AUV繼續(xù)向前航行，海底水聽(tīng)器發(fā)出的脈沖信號(hào)又經(jīng)過(guò)10個(gè)周期即10t時(shí)，AUV到 達(dá)位置P4,記錄當(dāng)前在慣性坐標(biāo)系中x、y、z軸向的航行距離分別為A X2、A y2、A Z2,并記錄 下一個(gè)周期的超聲波信號(hào)，此時(shí)將Po(xQ，y()，Z())從時(shí)間窗中刪除，并將當(dāng)前的P4與組 成新的時(shí)間窗。以此類(lèi)推，在AUV航行的過(guò)程中，時(shí)間窗一直保持10t的周期向后移動(dòng)；
[0071] 5)此后的時(shí)間窗同第一個(gè)時(shí)間窗的處理方法相同，可用最新位置的坐標(biāo)作為未知 參數(shù)表示出前三個(gè)記錄的位置的坐標(biāo)，從而得到最新位置的坐標(biāo)的準(zhǔn)確值；
[0072]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的兩種情況提出了有效的解決方式：由捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng) SINS、AUV底部的單水聽(tīng)器(接收器）以及海底單水聽(tīng)器(帶聲源)組成。采用基于海底水聽(tīng)器 發(fā)出的超聲波的周期而移動(dòng)的時(shí)間窗模型，在時(shí)間窗內(nèi)部通過(guò)對(duì)AUV處于不同位置時(shí)接收 到的聲源信號(hào)做廣義互相關(guān)得到時(shí)延差，再通過(guò)計(jì)算時(shí)間窗內(nèi)部AUV多點(diǎn)模型得到AUV最新 位置坐標(biāo)。由于時(shí)間窗基于超聲波周期不斷向前移動(dòng)，能夠達(dá)到較好的定位精度并且增加 系統(tǒng)的冗余性。本發(fā)明通過(guò)時(shí)間窗內(nèi)部AUV多點(diǎn)模型計(jì)算，AUV航行距離無(wú)需過(guò)遠(yuǎn)，從而有效 減小了慣導(dǎo)系統(tǒng)隨著時(shí)間不斷累積而造成的定位誤差。本發(fā)明中AUV無(wú)需上浮出水面進(jìn)行 位置更新，無(wú)需數(shù)據(jù)通信且AUV被動(dòng)接受超聲波信號(hào)，不易暴露位置，提高了 AUV的隱蔽性和 安全性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 對(duì)固定在海底的單個(gè)水聽(tīng)器作為聲源進(jìn)行定位，計(jì)算其慣性坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)P (x,y,z)； (2) 海底的水聽(tīng)器時(shí)刻保持工作狀態(tài)，且不斷發(fā)出周期為t的超聲波脈沖信號(hào)，當(dāng)AUV底 部固定的水聽(tīng)器作為接收器接收到10個(gè)周期的脈沖信號(hào)后，即經(jīng)過(guò)時(shí)間l〇t，AUV已經(jīng)向前 行進(jìn)了一段距離，當(dāng)AUV底部固定的水聽(tīng)器接收到第11個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，確定并記錄AUV當(dāng)前 位置 Pl(i=0，l，2,3-)，此時(shí)以脈沖信號(hào)的出現(xiàn)作為周期信號(hào)的起始位置，接收器接收海 底水聽(tīng)器發(fā)出的一個(gè)周期的聲信號(hào) Xl(i = 〇，l，2,3~）； (3) AUV在水聽(tīng)器所在附近水域航行時(shí)，選取記錄下來(lái)的4個(gè)AUV的連續(xù)位置形成時(shí)間 窗，表示出4個(gè)位置Pi (i = 0，1，2，3)絕對(duì)地理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為：(4) 由P3處接收到的聲信號(hào)分別與P^P^Po處接收到的聲信號(hào)做互相關(guān)得到時(shí)延差132、 丁31、丁30: A t3i = T3i-(30-10i)t,(i = 0,l,2)； 而AUV在Pi(i = 0，l，2,3)處時(shí)與海底水聽(tīng)器P(x，y，z)的距離為：所以根據(jù)所估計(jì)的時(shí)延差，水下聲速設(shè)為恒定值，記為c，得到以下的方程組： Z.; -Z.0 = /Stwc L;-L、= At''c .la' ~ ~ (5) 由步驟(3)中的坐標(biāo)代入的距離公式后再代入方程組后，由方程組中的3個(gè)方程得 到所需的P3的坐標(biāo)(X3，y3，Z3)，即AUV此時(shí)最新的坐標(biāo)位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，其特征在于， 所述步驟(3)時(shí)間窗的表示方法為： 1) 設(shè)定原始AUV的慣性坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)為?〇(叫外，別），在經(jīng)過(guò)時(shí)間1(^之后，得到 當(dāng)前的位置坐標(biāo)?1(11，71，21)，在經(jīng)過(guò)時(shí)間201：之后，得到當(dāng)前的位置坐標(biāo)?2(12,72,22)，在經(jīng) 過(guò)時(shí)間30t之后，得到最新的位置坐標(biāo)?3(幻， 73,23)，此時(shí)的四個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)時(shí)間窗； 2) 當(dāng)海底水聽(tīng)器發(fā)出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)10個(gè)周期即lot時(shí)，AUV得到當(dāng)前的慣性坐標(biāo)系下 的位置坐標(biāo)為?心4,74,24)，此時(shí)將?(^()， 7()，2())從時(shí)間窗中刪除，并將當(dāng)前的?4與？1、？2、？3 組成新的時(shí)間窗。以此類(lèi)推，在AUV航行的過(guò)程中，時(shí)間窗保持lot的周期向后移動(dòng)； 3) 其中第一個(gè)時(shí)間窗中，通過(guò)母船上的IMU和羅經(jīng)傳感器對(duì)AUV當(dāng)前的航向、速度等信 息進(jìn)行測(cè)量并積分運(yùn)算后得到的l〇t、20t、30t時(shí)間內(nèi)AUV在絕對(duì)地理坐標(biāo)系中x、y、z軸向的 航行距離分別為 A xi、A X2、A X3、A yi、A y2、A y3、A zi、A Z2、A Z3,從而用最新位置P3(X3, y3，Z3)為未知參數(shù)，將Pi(i = 0，l，2)表示為： 4) 后續(xù)的時(shí)間窗同第一個(gè)時(shí)間窗的處理方法相同，用最新位置的坐標(biāo)作為未知參數(shù)表 示出前三個(gè)記錄的位置的坐標(biāo)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于周期移動(dòng)時(shí)間窗的被動(dòng)水聲定位方法，其特征在于， 所述步驟(4)中互相關(guān)得到時(shí)延差的方法為： 5) 假設(shè)水聽(tīng)器在^接收到的信號(hào)為： Xi⑴=aiX(t-Ti)+ni(t) ;6)水聽(tīng)器在Pj接收到的信號(hào)為： Xj(t)=ajX(t-Tj)+nj(t)； 其中ai、aj為聲信號(hào)在水中傳播的衰減系數(shù)，]^(1:)、11」(1:)為互不相關(guān)的噪聲信號(hào)，^、4 為傳播時(shí)間； 7) 由步驟(5)的公式對(duì)AUV底部的水聽(tīng)器在不同位置接收到的聲源信號(hào)做廣義互相關(guān) 計(jì)算，Xi(t)與Xj(t)的互相關(guān)函數(shù)為：8) 其中T = Tj-Tl，表示到達(dá)時(shí)間差，T表示觀測(cè)時(shí)間。根據(jù)相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)，只要找出 心.，（0的峰值，其對(duì)應(yīng)的由兩部分組成，一是AUV底部固定的水聽(tīng)器在Pi處與Pj處由于與 海底水聽(tīng)器距離不同導(dǎo)致聲信號(hào)傳播時(shí)間不同而造成的時(shí)間差A(yù) t^，二是AUV從匕到 置所經(jīng)時(shí)間kt (k為經(jīng)過(guò)的周期數(shù)）。
【文檔編號(hào)】G01C21/16GK106054135SQ201610312943
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張濤, 王自強(qiáng), 朱永云, 胡賀慶, 楊書(shū)天
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)