[發明專利]一種基于測距誤差匹配的水下目標定位方法

在審

• 申請號: 202310571060.8
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116660911A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 王超;杜鵬宇;王楨鐸;謝哲;溫夢華;顧海東
• 申請（專利權）人: 中國船舶集團有限公司第七一五研究所
• 主分類號: G01S15/06
• 分類號: G01S15/06;G01S7/539
• 代理公司: 杭州興知捷專利代理事務所(特殊普通合伙) 33338
• 代理人: 林振興

本發明公開了一種基于測距誤差匹配的水下目標長基線定位方法，包括以下步驟，步驟1，利用傳統長基線定位方法，結合空間交匯模型，計算出待定位目標的初始位置；步驟2，結合水聲測距結果，構建測距誤差概率模型；步驟3，測距誤差概率模型，構建測距誤差適應度函數；步驟4，通過基于測距誤差匹配的定位算法修正初始定位位置，輸出定位結果。本發明，在實時環境信息未知的情況下，充分利用水聲測距誤差與真實距離正相關的特點，構建測距誤差概率模型和適應度函數，對傳統長基線定位結果進行修正，提高定位精度。

技術領域：

本發明屬于水下目標聲學定位技術領域，具體涉及一種基于測距誤差匹配的水下目標定位方法。

背景技術：

水聲定位系統通常具有多個定位基站，定位基站間連線為基線，根據基線長度可分為長基線系統、短基線系統和超短基線系統。其中，長基線定位系統具有作用距離遠、定位精度高等特點，被廣泛應用于海洋作業的各個領域。

傳統長基線定位系統中，待定位目標發射水聲定位信號，多個定位基站接收到定位信號后，通過分析定位信號的傳播時延，將時延乘以聲速得到距離，然后結合空間交匯模型，利用最小二乘算法估計目標位置。但是由于海洋環境存在海面海底上下邊界，水聲信號在海洋介質傳播時會被海面海底反射，這將影響水聲信號傳播時延的測量結果，增大測距誤差，進而影響定位精度。

現有技術中，通常采用有效聲速表、聲線擬合等方法來修正測距結果。但這些方法均通過獲取實時聲速剖面信息，然后利用射線傳播理論，通過搜索算法擬合出當前傳播時延對應的距離。但海洋環境復雜多變，實時的聲速剖面信息難以獲取，這影響了現有技術的適用范圍和準確度。

發明內容：

本發明針對環境信息未知情況下，如何提高長基線系統定位精度的問題，提出了一種基于測距誤差匹配的水下目標長基線定位方法，該方法可在聲速剖面信息未知的情況下，提高水下長基線系統定位精度。

本發明的技術解決方案是，提供一種基于測距誤差匹配的水下目標長基線定位方法，包括以下步驟，

步驟1，利用傳統長基線定位方法，結合空間交匯模型，計算出待定位目標的初始位置；作為優選，該步驟中，待定位目標初始位置的計算方法為待定位目標發射定位信號，多個定位基站接收到定位信號后，通過分析定位信號傳播時間t_i,i∈[1,...,N]，N為定位基站數量，估計與待定位目標間的距離d_i＝t_i*c，c為固定聲速，建立N個測距方程組，解方程組中待定位目標的位置(x,y)，其中(x_i,y_i,z_i)i∈[1,N]為不同定位基站的位置，z為目標深度，可由深度傳感器直接獲取。

步驟2，結合水聲測距結果，構建測距誤差概率模型；作為優選，該步驟中，所述的測距誤差概率模型為高斯概率模型，但誤差均值和標準差由定位基站與目標間的測量距離d_i決定，具體表達式為

其中，其中ε_i是定位目標與第i個定位基站間的測距誤差均值，σ_i是定位目標與第i個定位基站間的測距誤差標準差；

步驟3，測距誤差概率模型，構建測距誤差適應度函數；作為優選，該步驟中，所述的測距誤差適應度函數為，

其中e_{i_s}為估計的測距誤差，代表定位結果(x_s,y_s)到第i個浮標的距離與實際的測距結果d_i間的誤差。

步驟4，通過基于測距誤差匹配的定位算法修正初始定位位置，輸出定位結果。作為優選，該步驟中，所述的基于測距誤差匹配的定位算法是基于粒子群優化算法實現的，具體包含如下步驟：