[發明專利]一種浮標基組合基線水聲定位方法

在審

• 申請號: 202010564555.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111948685A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 王超;張宏滔;朱小輝;陳伏虎
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/53;G01S5/18
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明提供一種浮標基組合基線水聲定位方法，浮標上安裝超短基線設備，用于獲取自身通信定位機相對于浮標平臺的實時位置；安裝姿態方位儀，用于校準超短基線設備姿態，以獲取通信定位機實時絕對位置信息；在定位過程中，通過超短基線原理，浮標實時估計自身通信定位機的精確位置，提高浮標基站位置精度。本發明方法在水下航行器定位過程中，同時運用超短基線原理和長基線原理，以消除海流對通信定位機位置的影響，提高水下航行器定位精度。

技術領域

本發明涉及水下定位領域，主要是一種浮標基組合基線水聲定位方法。

背景技術

長基線定位系統是水下定位領域常用的方法，具有作用距離遠、定位精度高等特點。長基線定位系統按水下航行器是否發聲，分為主動定位和被動定位兩種模式。這兩種工作方式都以浮標為定位基站，其中主動定位模式為水下航行器發送主動定位信號，周邊水域布放的浮標收到該信號后，將自身位置信息，打包轉發給岸基服務器，由服務器解算出水下航行器位置；被動定位模式為浮標向水下航行器同步發射被動定位信號，其中包含自身位置信息，水下航行器收到多個浮標定位信號后，解算自身位置。

浮標通過自身通信定位機與水下航行器進行數據交互，完成水聲定位過程，而水聲定位過程所需要定位基站位置信息對應浮標通信定位機的真實位置，該位置通常由安裝在浮標平臺上的北斗接收機實時獲取。浮標通信定位機與浮標平臺通常為軟連接，這是由于剛性連接情況下，如果通信定位機入水較較深，會造成海上施工困難，且由于海面起伏，易被折斷；如果通信定位機入水較較淺，此時海面噪聲較大且多途反射效應較強，影響定位信號傳輸效果。

但是，通信定位機與浮標平臺軟連接也存在一些問題。由于海流的作用，水聲定位過程中，浮標的通信定位機并不在浮標平臺的正下方，會偏出一定角度。此時仍以北斗接收機的位置作為其通信定位機的位置，會產生誤差，影響水聲定位精度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種浮標基組合基線水聲定位方法，浮標采用軟連接方式，通過超短基線消除海流因素對浮標通信定位機的影響，提高定位精度。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。一種浮標基組合基線水聲定位方法，包含如下步驟：

1、海面布設至少4套以上的浮標，每套浮標安裝北斗定位接收機、水聲超短基線設備、姿態方位儀和通信定位機，其中，超短基線設備包含超短基線收發陣和超短基線應答器，北斗定位接收機和姿態方位儀安裝在浮標上并通過電纜分別與通信定位機相連，通信定位機懸掛在浮標下方，超短基線收發陣安裝在北斗定位接收機的正下方，超短基線應答器安裝于通信定位機上或靠近通信定位機的位置；基陣坐標系與浮標平臺坐標系一致，坐標中心的水平位置對應北斗定位接收機位置一致；

2、利用超短基線設備測量得到超短基線應答器在基陣坐標系下的位置，也就是通信定位機在基陣坐標系下的位置；利用北斗定位接收機獲得的經緯度，利用姿態方位儀獲取的橫搖、縱搖、艏向信息，通過坐標系轉化，得到通信定位機的大地坐標系位置，將攜帶通信定位機位置信息的定位信號，通過無線電或水聲通信發送給服務器或者水下航行器；

3、服務器或者水下航行器收到定位信號，解碼得到通信定位機的實時位置，當收到4個或以上定位信號時，根據長基線定位方法，解算出水下航行器的位置。

更進一步的，步驟2中，所用的坐標轉化過程為：在基陣坐標系下，超短基線應答器定位結果為(x_i2,y_i2,z_i2)，基陣坐標系中心位置對應大地坐標系的位置，由北斗定位接收機獲得的經緯度(B,L)轉化為大地坐標系得到，為(x_i3,y_i3,0)，通過如下公式