[發(fā)明專利]一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910796111.0
• 申請(qǐng)日: 2019-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110411480B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付進(jìn);李靜;齊濱;鄒男;王燕;梁國(guó)龍;向宇;張光普;孫思博;邱龍皓;王晉晉;李娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：S1建立水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航模型，確定導(dǎo)航誤差的主要來(lái)源；S2確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的時(shí)延測(cè)量誤差；S3確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的聲速測(cè)量誤差；S4確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的陣位測(cè)量誤差；S5推導(dǎo)出機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)模型，將上述時(shí)延測(cè)量誤差、聲速測(cè)量誤差及陣位測(cè)量誤差帶入機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)模型，獲得全空間聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明更符合水聲物理實(shí)際環(huán)境特性，測(cè)時(shí)延誤差選擇更切合實(shí)際，誤差預(yù)測(cè)結(jié)果不僅適用于靜止平臺(tái)，也適用于機(jī)動(dòng)平臺(tái)，且大大縮短計(jì)算時(shí)間，提高運(yùn)算效率，具有簡(jiǎn)便易操作性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下聲學(xué)導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是涉及一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

聲學(xué)導(dǎo)航技術(shù)是利用聲波將水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)從一個(gè)位置引領(lǐng)至另一個(gè)位置，并提供其運(yùn)動(dòng)的位置、姿態(tài)、速度等數(shù)據(jù)的技術(shù)或方法，航行體能夠通過(guò)與預(yù)先布放的水下聲信標(biāo)(水下星站節(jié)點(diǎn))進(jìn)行信息交互完成位置解算從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。因聲波在水下良好的傳播能力，聲學(xué)導(dǎo)航技術(shù)逐漸在海洋環(huán)境監(jiān)控、海洋調(diào)查、海底地形地貌勘測(cè)、水下偵查與警戒、海底工程施工及維修等諸多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。常用的聲學(xué)導(dǎo)航模型有：圓交匯模型、雙曲交匯模型、橢圓交匯模型。其中，圓交匯模型應(yīng)用最廣泛，該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，穩(wěn)定性好。

傳統(tǒng)的針對(duì)圓交匯模型的聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法，采用固定的時(shí)延誤差、陣位誤差以及聲速誤差，但在復(fù)雜海洋環(huán)境中，聲場(chǎng)對(duì)聲信號(hào)產(chǎn)生影響，實(shí)際時(shí)延、陣位以及聲速的測(cè)量誤差與實(shí)際聲速分布、平臺(tái)與陣元之間的空間位置(或距離)、平臺(tái)機(jī)動(dòng)狀態(tài)等因素強(qiáng)相關(guān)。同時(shí)，傳統(tǒng)的誤差分析方法多為蒙特卡洛法，通過(guò)大量的重復(fù)計(jì)算獲得統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律，費(fèi)時(shí)且繁瑣，不利于實(shí)際操作。針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法，該方法通過(guò)聲場(chǎng)建模、導(dǎo)航模型建模以及誤差公式推導(dǎo)等手段，能夠預(yù)測(cè)出水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)工作在復(fù)雜海洋環(huán)境時(shí)的導(dǎo)航誤差。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種復(fù)雜海洋環(huán)境下水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

S1建立水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航模型，確定導(dǎo)航誤差的主要來(lái)源；

S2確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的時(shí)延測(cè)量誤差；

S3確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的聲速測(cè)量誤差；

S4確定與實(shí)際環(huán)境相關(guān)的陣位測(cè)量誤差；

S5推導(dǎo)出機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)模型，將上述時(shí)延測(cè)量誤差、聲速測(cè)量誤差及陣位測(cè)量誤差帶入機(jī)動(dòng)平臺(tái)聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)模型，獲得全空間聲學(xué)導(dǎo)航誤差預(yù)測(cè)結(jié)果。

進(jìn)一步的，步驟S1中，具體的，根據(jù)圓交匯模型原理，聲學(xué)導(dǎo)航模型公式如下：

其中，h²＝(z-z_i)²，由深度傳感器測(cè)得，為先驗(yàn)已知。(x,y,z)為水下機(jī)動(dòng)平臺(tái)位置，(x_i,y_i,z_i)為聲信標(biāo)位置，i為聲信標(biāo)編號(hào)，t_i為聲信號(hào)到達(dá)不同聲信標(biāo)的傳播時(shí)延，c為平均聲速，

由該公式可知，導(dǎo)航誤差的來(lái)源主要有：時(shí)延測(cè)量誤差、聲速測(cè)量誤差以及陣位測(cè)量誤差。

進(jìn)一步的，步驟S2中，具體的，時(shí)延測(cè)量誤差σ_t計(jì)算公式如下：

其中，k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，取k＝0.05；SL表示聲源級(jí)；NL表示噪聲級(jí)；TL表示聲傳播損失，計(jì)算公式如下：

TL＝n·log R+α·R