辑关系算法，确定Rx的准确数值。
[0047] 根据虚拟短基线算法得到的3维定位数据Rxl、Ryl、Zi还只是声基阵水平坐标系中 换能器队与应答器间的相对位置数据，它们还不能直接用于导航定位。为了使虚拟短基线 得到的位置数据用于导航，还需将这些原始数据进行必要的变换；即利用应答器的位置已 知或通过浮标上卫星导航天线获取，计算潜器在导航坐标系中的位置信息，再利用所述位 置信息实现对惯导系统的校准，实现惯导/水声定位的组合定位。
[0048] 实例 1 :
[0049] 惯导/水声组合的用于水下校准方法
[0050] 装备有惯导/虚拟短基线系统的潜器在长时间航行过程中需对其惯导系统进行 校准时，利用虚拟短基线换能器在短时间间隔内两次向布设于海底的应答器或装备有GPS 接收机的浮标携带的应答器发出询问信号，应答器发回响应信号，惯导/虚拟短基线系统 据此即可计算得到潜器准确位置信息，从而对惯导系统进行校准。
[0051] 根据所述惯导系统安装在潜器上，载体坐标基准与惯导系统匹配一致，其直角地 理坐标系（北，东，地）中的位置为（XV，YV，ZV)'，经炜度坐标为（Lv，λν，Ζν)'。声基阵安装在 潜器，与载体坐标系一致。
[0052] 基于应答器的地理位置准确已知（XmΖ&)'或（LmλmΖ&)'，可利用虚拟短 基线的原始定位信息校准惯导系统。h时刻应答器在声基阵，也即载体水平坐标系中的视 在位置(?,?; = (? 4.,,Z)%
[0053] 1)位置转换为相对载体惯导系统原点的地理坐标系数据考虑到 (/rX )' = (Α?」,Ζ)'己是载体水平坐标系中的视在位置，所以转换矩阵q中只包含 航向信息，即：
[0055] 2)虚拟短基线原始信息用于惯导系统水下校准：
[0056] 设惯导系统在直角地理坐标系中含有误差的输出位置为（XV'，YV'，ZV'）'，其直角 地理坐标系中准确位置的误差为：
[0059] 设惯导系统在经炜度地理坐标系中含有误差的输出位置为（IV，λv'，Zv'）'，其经 炜度地理坐标系中准确位置及误差为：
[0062] 实例 2 :
[0063] 惯导/水声组合对潜器跟踪定位方法
[0064] 水下自主潜器在军民领域已获得广泛的应用，特别是具备多种作业功能的勘查水 下自主潜器（SurveyAUV)已成为系列化得货架商品。通常这些潜器均由携带它们的母船 投放，并根据设定的程序开始工作。它们的体积不大，载荷有限，通常不会装备价格昂贵的 高精度导航系统，但是作业任务通常要求它们在水下长时间勘察测绘作业，勘查和测绘数 据均要求精确的导航定位。基于水声单测距的虚拟短基线与超短基线相比，价格低廉，易于 实现，借助惯性导航系统/虚拟短基线水声定位组合及相关算法，同样可对潜器实施跟踪 定位。
[0065] 当潜器惯性导航系统正常工作时，根据惯导系统的输出数据（XV，YV，ZV)'或 (Lv,λν,Ζν) '可求得被跟踪协同目标的位置（X&, Ζ&) '或者（Lmλ&，Ζ&) '。
[0066] 投放水下作业潜器的母船，均为大型水面舰船。它们通常装备有较完备的导航定 位设备，如卫星导航系统或（和）惯性导航系统。在投放潜器并对其跟踪作业时，母船自身 的位置信息准确已知。因此，对潜器跟踪导航的算法则是：首先，测定潜器应答器的相对视 在位置，再根据母船准确的自身位置和INS/虚拟短基线组合求得潜器的准确位置数据。
[0067] 惯导系统安装在潜器上，载体坐标基准与惯导系统匹配一致，其直角地理坐标系 (北、东、地）中的位置为：(XV，YV，ZV)'，经炜度坐标为（Lv，λν，Ζν)'，声基阵在潜器安装与载 体坐标系一致。
[0068] 基于潜器地理位置（Χν，Υν，Ζν) '或（Lv，λν，Ζν) '准确已知，可利用虚拟短基线的原 始定位信息确定携带应答器的潜器位置。应答器在声基阵，也即载体水平坐标系中的视在 位置为(<，<= (氧.1.，.％,.符
[0069] 1)潜器应答器在直角地理坐标系中的位置
[0070] 潜器应答器"视在位置转换为相对载体惯导系统坐标原点的地理坐 标系：
[0072] 考虑到'已是载体水平坐标系中的视在位置，所以转换 矩阵C7中只包含航向信息，BP:
[0074] 2)求取潜器应答器准确地理位置
[0075] 潜器应答器直角地理坐标系准确位置：
[0077] 潜器应答器在地理经炜度坐标系中的准确位置：
[0079] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种基于"虚拟短基线"定位系统的惯导/水声组合导航方法，其特征在于，具体过 程为： (1) 在潜器上惯导系统所在的位置安装声学询问器和深度传感器； (2) 潜器开始行进并利用惯性导航系统实现导航，当需要对惯导系统积累误差进行校 准时，判断潜器附近是否有应答器，若有进入步骤（4)，否则，进入步骤（3); (3) 潜器向水面投放一个装备有卫星导航接收天线和应答器的浮标； (4) 在时刻ti和时刻12,令潜器上的声学询问器与应答器之间进行通信，设惯导系统在 ti与12时刻的误差相同，利用11与12时刻声学询问器所处不同位置，使其与应答器之间构 成"虚拟短基线"定位系统； (5) 利用所述"虚拟短基线"定位系统进行定位，利用应答器的位置已知或通过浮标上 卫星导航天线获取，计算潜器在导航坐标系中的位置信息，再利用所述位置信息实现对惯 导系统的校准，实现惯导/水声定位的组合导航。2. 根据权利要求1所述基于"虚拟短基线"定位系统的惯导/水声组合导航方法，其特 征在于，所述步骤（4)的具体过程为： 401，潜器上的声学询问器与应答器进行通信，在时刻ti测得潜器与应答器之间距离幅 值R(ti)，记录应答器的地理位置（λ'tr(ti)，L'tr(ti))、潜器深度Z(ti)和惯导系统输出的 位置信息八\扣)，1^扣)），根据1?扣）和2扣）计算1?扣）在水平面内的投影把^扣）； 402, 潜器航行设定时间后，在时刻t2测得潜器与应答器之间距离幅值R(t2)，记录 应答器的地理位置（λ'tf(t2)，L'tf(t2))、潜器深度Z(t2)和惯导系统输出的位置信息 (入\(*2)，1\(*2))，根据1?(*2)和2(*2)距离幅值1?(*2)在水平面内的投影把,(*2); 403, 令Bi点为时刻11时的潜器位置点；令B' 2点的坐标为（λB2,Lb2)，如果应答器在 时刻ti到时刻t2时间段内未移动，则令B' 2点为时刻t2时的潜器位置点；如果应答器在 时刻t剧时刻t2时间段内有移动，则令B' 2点为时刻t2时的潜器条件位置，404, WBi为原点，WB1与B' 2的连线在B冰平面内投影为y轴构成右手载体水平坐 标系；在载体水平坐标系上，形成在B' 2点存在有虚拟询问器，使其与应答器之间构成"虚 拟短基线"定位系统。3. 根据权利要求2所述基于"虚拟短基线"定位系统的惯导/水声组合导航方法，其特 征在于，步骤巧）的过程为： 首先，计算Bi与B' 2间的距离D， 其次，根据所述距离D计算得出应答器相对载体水平坐标系原点Bi位置信息，再次，基于应答器的位置已知或通过浮标上的卫星导航天线获取，计算出潜器在导航 坐标系中的位置信息，利用所述位置信息实现对惯导系统的校准，再利用所述位置信息实 现对惯导系统的校准，实现惯导/水声定位的组合导航。
【专利摘要】本发明一种基于“虚拟短基线”定位系统的惯导/水声组合导航方法，具体过程为：在潜器上惯导系统所在的位置安装声学询问器和深度传感器；潜器开始行进并利用惯性导航系统实现导航，当需要对惯导系统积累误差进行校准时，确定潜器附近的应答器；在时刻t1和时刻t2，令潜器上的声学询问器与应答器之间进行通信，设惯导系统在t1与t2时刻的误差相同，利用t1与t2时刻声学询问器所处不同位置，使其与应答器之间构成“虚拟短基线”定位系统；利用所述“虚拟短基线”定位系统进行定位，利用应答器的位置已知或通过浮标上卫星导航天线获取，计算潜器在导航坐标系中的位置信息，再利用所述位置信息实现对惯导系统的校准，实现惯导/水声定位的组合导航。
【IPC分类】G01C21/16, G01C21/00
【公开号】CN105241442
【申请号】CN201510553039
【发明人】汪湛清, 王彬, 胡小毛, 王彦国, 赵亮, 张延顺
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月1日