[發明專利]一種基于時間同步的便攜式水下寬帶擴頻信標導航定位系統及方法

有效

• 申請號: 201410264835.8
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104020473A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 羅宇;施劍
• 申請（專利權）人: 羅宇;施劍
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于時間同步的便攜式水下寬帶擴頻信標定位方法，其將高精度的姿態傳感器MRU和羅經與聲學基陣一體化集成到便攜式聲頭內部，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：利用高精度時間同步技術對便攜式聲頭和聲信標進行時間同步；

步驟二：經過嚴格時間同步的聲信標定時發射擴頻水聲信號；

步驟三：聲頭接收到擴頻信號后，經過信號解算、斜距計算、高精度測向及位置解算得到聲信標的位置；

步驟四：通過連續應答、解算、定位便可以繪制出聲信標的運動軌跡，實現對水下設備進行精確定位和導航；

其中，步驟一中高精度時間同步方法過程如下：

(1)系統利用GPS產生的PPS脈沖進行時間同步，目前GPS和北斗的授時系統PPS脈沖上升沿能夠提供精度小于100ns的時間同步信號，完全能夠滿足水聲定位系統的要求；

(2)GPS的PPS脈沖同時接入到聲頭和應答器，為聲頭時鐘和應答器時鐘提供時間同步基準，并校準高精度晶振的時鐘；

(3)應答器斷開PPS脈沖，利用內部高精度晶振時鐘進行守時。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：

步驟二中聲信標定時發射擴頻水聲信號的方法如下：

利用偽隨機GOLD碼對定位信號進行擴頻調制，聲信標經過嚴格時間同步后，定時發射寬帶擴頻水聲信號，用于定位和導航，

GOLD碼生成過程描述如下：

(1)選擇GOLD碼階數n；

(2)查表選擇本原多項式，生成2個n階m序列；

(3)循環移位，生成2^n-1個GOLD偽隨機碼，

m序列是最長線性移位寄存器序列的簡稱，它是由多級移位寄存器或其他延遲元件通過線性反饋產生的最長的碼序列；由于反饋線位置不同將出現不同周期的不同序列，確定線性反饋的位置，能使移存器產生的序列最長，即達到周期P＝2n-1。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：

GOLD碼階數包括：4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20。

4.如權利要求2或3所述的方法，其特征在于：

步驟三中聲頭接收到擴頻信號后，測距過程如下：

相關計算：設輸入序列x(n)長為N₁，參考GOLD碼序列y(n)長為N₂，對兩個有限長序列利用FFT求線性相關的步驟如下：

●為了使兩個有限長序列的線性相關可用其圓周相關代替而不產生混淆，選擇周期N≥N₁+N₂-1，且N＝2^m，以便使用FFT，將x(n)，y(n)補零至長為N，即：

x(n)=x(n)n=0,1,...,N1-10n=N1,N1+1,...,N-1]]>

y(n)=y(n)n=0,1,...,N2-10n=N2,N2+1,...,N-1]]>

●用FFT計算序列x(n)的傅里葉變換X(k)，y(n)的傅里葉變換Y(k)(k＝0，1…，N-1)：

X(k)＝FFT{x(n)}

Y(k)＝FFT{y(n)}

其中，FFT{}表示快速傅里葉變換計算，得到序列的傅里葉變換值，

●計算互相關的傅里葉變換：

R(k)＝X^*(k)Y(k)

●對R(k)作IFFT，得到r(n)(n＝0，1，…，N-1)：

r(n)＝IFFT{R(k)}

其中，IFFT{}表示快速傅里葉反變換計算，r(n)為輸入序列x(n)和參考GOLD碼序列y(n)的互相關。