[發明專利]一種無需時鐘同步的水下移動節點慣導誤差校正方法

在審

• 申請號: 202010710287.2
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN113970343A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 肖東;陳巖;魏麗萍;賈寧;郭圣明;馬力
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;H04B13/02;H04W4/30;H04W56/00;H04W4/024;H04W4/029
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

1.一種無需時鐘同步的水下移動節點慣導誤差校正方法，所述方法包括：利用水聲網絡中固定節點與水下移動節點間的應答通信，基于應答通信信號往返距離不相等的條件下，使用虛擬平移結合粒子濾波的方法，在不需要節點間時鐘同步的條件下對移動節點的慣導設備的定位誤差進行校正。

2.根據權利要求1所述的無需時鐘同步的水下移動節點慣導誤差校正方法，其特征在于，所述方法具體包括：

步驟1)為每個水下移動節點上建立位移記錄表、GPS記錄表和距離記錄表；位移記錄表包含T+1組，T為固定節點的個數，其中前T組用于記錄固定節點在經度、緯度、深度三個維度上的虛擬位移，最后一組用于記錄該移動節點的慣導設備給出的從發射REQ到等待RPL超時過程中，產生的經度位移nor_dis、緯度位移est_dis和深度位移alt_dis；GPS記錄表用于記錄每個固定節點的經度、緯度和深度；距離記錄表包含T項，其中的第i項用于記錄該移動節點與固定節點i的往返測距結果；

步驟2)建立REQ數據幀，記錄由該移動節點的本地時鐘給出的REQ數據幀發射開始時刻reqt并發射REQ數據幀；發射完畢后，開啟等待RPL定時器，等待RPL定時器應不少于T×DelaySlot秒，DelaySlot為延時時間片，應不小于節點最大通信距離/水中聲速+最長數據幀持續時間；并累計自身在緯度、經度和深度上的位移，定時將上述位移賦值到位移記錄表最后一組相應項中并記錄更新時間為last_up；回到空閑狀態等待；

步驟3)當接收到任一固定節點發送的RPL數據幀并校驗正確，同時滿足設定的條件時，進入步驟4)；否則，返回到空閑狀態繼續等待；

步驟4)讀取RPL數據幀的信源節點s、回復延時τ、緯度lat_s、經度lon_s、深度alt_s；將lat_s、lon_s和alt_s依次賦值給GPS記錄表的第s組；計算本移動節點與信源節點s的往返測距結果r_s：

r_s＝c×(rplt–reqt–τ–(reqs+rpls)) (1)

其中，信源節點s為固定節點s，c為水中聲速，rplt為由本移動節點本地時鐘給出的RPL數據幀接收完畢的時刻，reqs和rpls分別為REQ數據幀和RPL數據幀的時長；將r_s賦值給距離記錄表的第s項；讀取位移記錄表最后一組中相應數值nor_dis、est_dis、alt_dis，計算該固定節點s在緯度、經度和深度方向上的虛擬位移nor_vir、est_vir和alt_vir：

其中，last_up為上次更新位移記錄表最后一組的時刻；將nor_vir、est_vir、alt_vir依次賦值給位移記錄表中的第s組中的對應項；計算完畢后回到空閑狀態繼續等待；

步驟5)如果等待RPL定時器超時，則查詢距離記錄表，如果其中數值大于0的項數大于2項，則進入步驟6)；否則，清空位移記錄表、GPS記錄表和距離記錄表，清零reqt和reqn，回到空閑狀態繼續等待；

步驟6)計算虛擬平移參考點的坐標；

步驟7)根據虛擬平移參考點的坐標，利用粒子濾波迭代得到迭代結果對慣導設備的位置當前值進行校正。

3.根據權利要求2所述無需時鐘同步的移動節點慣導誤差校正方法，其特征在于，每個移動節點上的慣導設備用于提供移動節點的慣導緯度lat、慣導經度lon、深度alt、北向速度nor_vel、東向速度est_vel和垂直速度alt_vel；每個移動節點入水之前獲取其GPS真實值，包括經度、緯度，并將GPS真實值作為該節點慣導設備的經度、緯度初始值；深度初始值為0，東向速度、北向速度、垂直速度的初始值也均為0。

4.根據權利要求2所述無需時鐘同步的移動節點慣導誤差校正方法，其特征在于，所述REQ數據幀應至少包括以下內容：幀類型、信源節點、幀序號和校驗和；其中幀類型賦值為REQ，信源節點為該移動節點的編號，幀序號計數器加1，幀序號賦值為幀序號計數器當前取值，幀序號計數器的初始值為0；校驗和賦值為上述各項的校驗結果；記錄REQ幀序號reqn為幀序號計數器當前值。

5.根據權利要求2所述無需時鐘同步的移動節點慣導誤差校正方法，其特征在于，兩個REQ的發射時間間隔為M×(T+M)×DelaySlot，M為移動節點的個數。