双基阵长基线水声定位方法及系统与流程

本发明属于水下定位技术领域，具体涉及一种双基阵长基线水声定位方法和一种双基阵长基线水声定位系统。

背景技术：

公开号为CN106199519A，主题名称为超短基线五基元立体空间基阵及其水声定位方法的发明专利申请，其技术方案公开了“包括5个收发合置的水声换能器基元和带球冠的圆柱型基阵外壳，5个水声换能器基元分别位于空间五面体的各顶点，其中4个水声换能器基元位于一个水平平面内的四个顶点，成方形布局；共面的4个水声换能器基元中对角的2个水声换能器基元分别与第5个水声换能器基元构成竖直方向的定位平面，形成2个竖直方向的定位基准面”。

然而，以上述发明专利为例，如需解决该发明专利的“声源目标方位接近定位基阵平面时，竖直方向的定位计算结果误差急剧增加，导致测量的稳定性和有效性差”等问题时，需要借助正交设置的竖直方向的定位基阵、空间倾斜方向的定位基阵等技术手段，显然定位基阵的空间布局被严格限制，仅适用于特定目的(声源目标方位接近定位基阵平面的特殊情况)，不具有普适性，同时设计复杂度和设计精度较高，不利于推广和实操。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种双基阵长基线水声定位方法和一种双基阵长基线水声定位系统。

本发明采用以下技术方案，所述双基阵长基线水声定位方法包括以下步骤：

步骤S1：第一声学定位基阵在同步时刻发射询问信号，使得安装在被定位目标上的应答器在收到询问信号后回复供声学基阵检测用的应答信号；

步骤S2：第一和第二声学定位基阵在接收到应答信号后，根据询问信号和应答信号的时间差以解算出声学定位基阵和应答器之间的斜距参数；

步骤S3：内置于应答器的测深传感器测量出应答器所处位置的水深参数；

步骤S4：根据双曲面交汇模型，融合水深参数和斜距参数，进而解算出被定位目标的坐标位置。

本发明采用以下技术方案，所述双基阵长基线水声定位方法包括以下步骤：

步骤S1：第一和第二声学定位基阵在同步时刻同步发射询问信号，使得安装在被定位目标上的应答器在收到询问信号后回复供声学基阵检测用的应答信号；

步骤S2：第一和第二声学定位基阵在接收到应答信号后，根据询问信号和应答信号的时间差以解算出声学定位基阵和应答器之间的斜距参数；

步骤S3：内置于应答器的测深传感器测量出应答器所处位置的水深参数；

步骤S4：根据双曲面交汇模型，融合水深参数和斜距参数，进而解算出被定位目标的坐标位置。

本发明采用以下技术方案，所述双基阵长基线水声定位方法包括以下步骤：

假设被定位目标的坐标为(X,Y,Z)，第一和第二声学定位基阵的坐标为(xi,yi,zi)(i＝1,2)，第一和第二声学定位基阵依据外部控制信号工作于同步方式，假定第一声学定位基阵在t0时刻发射询问信号，被定位目标分别在ti(i＝1,2)时刻收到信号，根据几何关系得到式(1)：

(xi-X)²+(yi-Y)²+(zi-Z)²＝c²(ti-t0)² i＝1,2 (1)；

其中，c为声速值，t0,t1,t2和(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)为已知量，被定位目标的水深参数Z由内置于应答器的测深传感器获取为已知量，被定位目标的X、Y为未知量；

由此，式(1)改写为式(2)：

解式(2)即可获得被定位目标的位置坐标。

其中，被定位目标的位置坐标有两组解，根据其他已知先验条件可以剔除其中的一组假解，由此获得被定位目标的真实位置坐标。

本发明专利还公开了双基阵长基线水声定位系统，用于实施以上任一项双基阵长基线水声定位方法。

本发明公开的双基阵长基线水声定位方法及系统，其有益效果在于，采用同步询问应答定位原理和长基线定位原理，不限定声学定位基阵的空间布局，可通过适应性调整解算方程的参数来适配不同的空间布局。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图。

图2是本发明的长基线定位原理示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种双基阵长基线水声定位方法和一种双基阵长基线水声定位系统，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

参见附图的图1至图2，图1示出了双基阵长基线水声定位方法及系统的基本工作原理，图2示出了本发明的长基线定位原理。

优选实施例。

优选地，参见附图的图1，所述双基阵长基线水声定位方法包括以下步骤：

步骤S1：第一声学定位基阵在同步时刻发射询问信号，使得安装在被定位目标上的应答器在收到询问信号后回复供(第一和第二)声学基阵检测用的应答信号；

步骤S2：第一和第二声学定位基阵在接收到应答信号后，根据询问信号和应答信号的时间差以解算出(第一和第二)声学定位基阵和应答器之间的斜距参数。

进一步地，所述双基阵长基线水声定位方法还包括以下步骤：

步骤S3：内置于应答器的测深传感器测量出应答器所处位置的水深参数。

进一步地，所述双基阵长基线水声定位方法还包括以下步骤：

步骤S4：根据双曲面交汇模型，融合水深参数和斜距参数，进而解算出被定位目标的坐标位置。

进一步地，参见附图的图2，所述双基阵长基线水声定位方法具体实施为以下步骤：

假设被定位目标的坐标为(X,Y,Z)，第一和第二声学定位基阵的坐标为(xi,yi,zi)(i＝1,2)，第一和第二声学定位基阵依据外部控制信号工作于同步方式，假定第一声学定位基阵在t0时刻发射询问信号，被定位目标分别在ti(i＝1,2)时刻收到信号，根据几何关系得到式(1)：

(xi-X)²+(yi-Y)²+(zi-Z)²＝c²(ti-t0)² i＝1,2 (1)；

其中，c为声速值，t0,t1,t2和(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)为已知量，被定位目标的水深参数Z由内置于应答器的测深传感器获取为已知量，被定位目标的X、Y为未知量；

由此，式(1)改写为式(2)：

解式(2)即可获得被定位目标的位置坐标。

值得一提的是，被定位目标的位置坐标有两组解，根据其他已知先验条件可以剔除其中的一组假解，由此获得被定位目标的真实位置坐标。

第一实施例。

优选地，参见附图的图1，所述双基阵长基线水声定位方法包括以下步骤：

步骤S1：第一和第二声学定位基阵在同步时刻同步发射询问信号，使得安装在被定位目标上的应答器在收到询问信号后回复供(第一和第二)声学基阵检测用的应答信号；

步骤S2：第一和第二声学定位基阵在接收到应答信号后，根据询问信号和应答信号的时间差以解算出(第一和第二)声学定位基阵和应答器之间的斜距参数。

进一步地，所述双基阵长基线水声定位方法还包括以下步骤：

步骤S3：内置于应答器的测深传感器测量出应答器所处位置的水深参数。

进一步地，所述双基阵长基线水声定位方法还包括以下步骤：

步骤S4：根据双曲面交汇模型，融合水深参数和斜距参数，进而解算出被定位目标的坐标位置。

进一步地，参见附图的图2，所述双基阵长基线水声定位方法具体实施为以下步骤：

假设被定位目标的坐标为(X,Y,Z)，第一和第二声学定位基阵的坐标为(xi,yi,zi)(i＝1,2)，第一和第二声学定位基阵依据外部控制信号工作于同步方式，假定第一声学定位基阵在t0时刻发射询问信号，被定位目标分别在ti(i＝1,2)时刻收到信号，根据几何关系得到式(1)：

(xi-X)²+(yi-Y)²+(zi-Z)²＝c²(ti-t0)² i＝1,2 (1)；

其中，c为声速值，t0,t1,t2和(x1,y1,z1),(x2,y2,z2)为已知量，被定位目标的水深参数Z由内置于应答器的测深传感器获取为已知量，被定位目标的X、Y为未知量；

由此，式(1)改写为式(2)：

解式(2)即可获得被定位目标的位置坐标。

值得一提的是，被定位目标的位置坐标有两组解，根据其他已知先验条件可以剔除其中的一组假解，由此获得被定位目标的真实位置坐标。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的测深传感器等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，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。