[發明專利]一種基于粒子濾波算法的水聲導航定位方法

有效

• 申請號: 201910063247.0
• 申請日: 2019-01-23
• 公開（公告）號: CN109540154B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 王海斌;李瑨瑤;汪俊;韓一丁;陳曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 11457 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 黃云鐸

本申請公開了一種基于粒子濾波算法的水聲導航定位方法，該方法包括：步驟1，根據信標的第二位置坐標和航行器與信標之間的脈沖定位信號，構建聲學導航模型，其中，脈沖定位信號由信標向航行器發送，步驟1具體包括：步驟11，根據航行器的航行速度以及脈沖定位信號傳播的等效聲速改變量，構建第一矩陣方程；步驟12，根據第二位置坐標、脈沖定位信號的傳播時間以及傳播時間的誤差參數，構建第二矩陣方程；步驟13，將第一矩陣方程和第二矩陣方程，記作聲學導航模型；步驟2，采用加權算法，根據脈沖定位信號和聲學導航模型，計算航行器的第一位置坐標和等效聲速。通過本申請中的技術方案，提高水下等效聲速估計值的準確性，降低了水下航行器定位失效的可能性。

技術領域

本申請涉及水下導航的技術領域，具體而言，涉及一種基于粒子濾波算法的水聲導航定位方法。

背景技術

水下航行器是一種可以憑借自身動力系統和導航系統完成水下工作任務的集成系統，聲學導航利用聲音信號在水下傳播衰減較小、傳播距離較遠的特點，將水面或水下已知位置的信標作為參考位置，通過測量信標發射的脈沖定位信號到達水下航行器的時間，計算信標到水下航行器的距離，從而得到水下航行器的位置信息。聲學導航主要包括超短基線導航、短基線導航和長基線導航等方式。

而現有技術中，常規的長基線水聲導航定位利用信標發送的脈沖定位信號到水下航行器的傳播時間作為觀測量信息，將估計或測量得到的等效聲速作為已知的參數，將二者相乘計算出各個信標與水下航行器的距離，在已知信標位置的前提下，利用距離的幾何關系，計算出水下航行器的位置信息。但無論是工程實測還是理論計算，由于水聲信道的復雜性，將得到的等效聲速作為已知參量存在誤差，而等效聲速的誤差，將導致水下航行器的定位誤差隨著導航距離的增加而變大，進而導致水下航行器定位失效。

發明內容

本申請的目的在于：提高水下等效聲速估計值的準確性，降低了水下航行器定位失效的可能性。

本申請的技術方案是：提供了一種基于粒子濾波算法的水聲導航定位方法，該方法包括：步驟1，根據信標的第二位置坐標和航行器與信標之間的脈沖定位信號，構建聲學導航模型，其中，脈沖定位信號由信標向航行器發送，步驟1具體包括：步驟11，根據航行器的航行速度以及脈沖定位信號傳播的等效聲速改變量，構建第一矩陣方程，第一矩陣方程的計算公式為：

X_k＝X_k-1+V_k-1，

X_k＝[x_k y_k c_1k … c_sk … c_mk]^T，

式中，m為信標的數量，c_sk為當前時刻k第s個信標與航行器之間的等效聲速，(x_k,y_k)為航行器的第一位置坐標，(v_xk,v_yk)為航行器的航行速度，n_k^cs為當前時刻k航行器與第s個信標之間脈沖定位信號傳播的等效聲速改變量；

步驟12，根據第二位置坐標、脈沖定位信號的傳播時間以及傳播時間的誤差參數，構建第二矩陣方程，第二矩陣方程的計算公式為：

Z_k＝H(X_k)+N_k，

Z_k＝[t_1k … t_sk … t_mk]^T，