[發明專利]一種電場測量裝置的定位方法

有效

• 申請號: 201910320072.7
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110082611B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張伽偉;姜潤翔;喻鵬;孫強;李挺
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12;G01C21/02;G01V3/08
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 劉志菊;李滿

本發明公開了一種電場測量裝置的定位方法，包括：1、搭建具備模擬標準電偶極子、航跡記錄等功能的標準電流源；2、布放電場測量裝置；3、環境背景電場數據采集；4、標準源電場數據采集；5、構建電場傳感器定位的狀態空間模型；6、利用卡爾曼濾波方法，根據測量得到的電場信號、標準源的軌跡等測量信息，對電場傳感器進行定位。本發明用于水下電場傳感器定位精度可達0.2m，在電場測量裝置的基礎上不需添加任何設備成本低，且抗環境噪聲干擾能力強，不受測量區域環境限制，可廣泛應用于艦船電場測量評估、水下定位、地質勘探等領域。

技術領域

本發明涉及位置測量技術領域，具體地指一種電場測量裝置的定位方法。

背景技術

為了測量艦船電場，需要在海底或海中布放一些電場測量節點，只有準確指導測量節點的位置才能實現對艦船電場的準確評估或者跟蹤定位；另一方面部分水下固定監測設備也需要準確知道其水下位置，而這些裝置在布放過程中由于海流等影響可能與入水位置相差較大。如何準確、快速、方便地對水下測量裝置進行定位一直是個較大的難題，傳統常用的定位方法有慣導和聲短基線等方法，對于慣導定位精度差，很難滿足精確測量，短基線定位易受環境干擾，定位精度也有限，還需在水下電場測量裝置額外加裝定位裝置，成本較大。

發明內容

本發明提供一種電場測量裝置的定位方法，本發明利用標準信號源，結合電場模型和卡爾曼濾波估計，解決目前水下電場測量裝置定位手段缺乏，傳統定位方式精度不高的問題。

為實現此目的，本發明所設計的電場測量裝置的定位方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：在水面搭建具備模擬標準電偶極子和航跡記錄功能的標準電流源，所述標準電流源用于產生標準電場，供電場測量裝置測量，并記錄供電場測量裝置測量過程中標準電流源的運動軌跡，供定位模型定位電場測量裝置使用；

步驟2：將電場測量裝置按預定位置布設于海水的待測電場區域內的各個電場測量節點，布設時記錄各個電場測量節點中電場測量裝置布設位置的初始經緯度數據，電場測量裝置用于測量待測電場區域內各個電場測量節點的環境電場數據；

步驟3：利用電場測量裝置采集待測電場區域內各個電場測量節點的環境電場數據，并利用上述環境電場數據計算待測電場區域內各個電場測量節點對應的電場環境噪聲預測協方差矩陣；

步驟4：標準電流源按指定航跡通過電場測量裝置布設區域內各個電場測量節點區域，由標準電流源的航跡記錄裝置記錄標準電流源的運動軌跡，同時電場測量裝置采集標準電流源通過各個電場測量節點區域時的電場數據和電場測量裝置的姿態數據；

步驟5：構建電場測量裝置定位的狀態空間模型，所述狀態空間模型為狀態方程和觀測方程，所述狀態方程的狀態變量為各個電場測量裝置的位置坐標，觀測方程包括電場計算模型和相應的觀測噪聲，電場計算模型為偶極子模型或者點電荷模型；

步驟6：將各個電場測量節點對應的電場環境噪聲預測協方差矩陣、各個電場測量節點中電場測量裝置布設位置的初始經緯度數據、狀態空間模型、標準電流源的運動軌跡、標準電流源通過各個電場測量節點區域時的電場數據和電場測量裝置的姿態數據利用卡爾曼濾波方法進行各個電場測量節點中電場測量裝置的定位。

本發明所需設備為電場測量通用設備，不需要額外增加設備，利用測量標準源電場信號，結合電場和卡爾曼濾波估計，就能有效解決對水下電場傳感器的定位問題，此定位方法操作簡便；另外，本定位方法對水下電場傳感器定位精度可達0.2m，由于本定位方法利用了卡爾曼濾波原理，完全不同于傳統的基于矢量的定位方法，對運動目標定位具有明顯優勢，定位精度高。

本發明用于水下電場傳感器定位精度可達0.2m，在電場測量裝置的基礎上不需添加任何設備成本低，且由標準源對測量裝置定位抗環境噪聲干擾能力強，不受測量區域環境限制，可廣泛應用于艦船電場測量評估、水下定位、地質勘探等領域。

附圖說明