专利名称：基于差分技术的水下定位方法
技术领域：
本发明涉及的是一种水下的定位方法。
背景技术：
由于电磁波在海水高导电介质中传播有极大的衰减，限制了无线电导航设备。与之相反，声学信号在海水中传播衰减很小，可以穿过较远的距离，近年来，水声定位技术在水下测深、定位、目标探测与识别、通信、导航、遥控、油气探寻、矿产开发等领域得到了广泛的应用。水声定位系统主要指的是可用于局部区域精确定位导航的系统。水声定位系统分为长基线系统、短基线系统和超短基线系统。短基线定位系统相对于长基线定位系统，其布放、校准和回收简单。而相对于超短基线定位系统，其定位精度又远远高于超短基线定位系统，并且其数据更新率高，成本相对低廉，使用比较灵活。适合于水下机器人定位、跟踪系统。
发明内容
本发明的目的在于提供可以有效消除系统的公共误差、提高定位物体精度的基于差分技术的水下定位方法。本发明的目的是这样实现的本发明基于差分技术的水下定位方法，其特征是(1)利用短基线水声定位单元询问机向水下应答器发出询问信号，水下应答器接收到询问信号后发出应答信号，测出应答信号相对于发射信号的时延，进而计算两者的距离，再通过相互距离交汇解算确定水下应答器的伪距值；(2)采用声学长基线方式让工作船询问机在高精度DGPS引导下绕着应答器航行， 通过询问应答方式测出询问机与应答器之间的距离，记录高精度DGPS的位置数据，通过空间曲面交汇解算出应答器的大地坐标，得出的应答器位置为绝对参考位置；(3)利用得到的应答器绝对位置坐标和短基线各阵元位置坐标，计算应答器到短基线各阵元的距离，并将此计算出的真实距离与利用短基线应答方式实测的伪距值加以比较，求出修正值，然后利用该修正值来修正短基线定位系统测量应答器的伪距值，得到应答器的位置坐标，完成水下定位。本发明的优势在于算法简单，只需在定位测距方程中加修正量即可，适用于大部分水下定位系统。可以有效消除系统的公共误差，提高定位物体精度。
图1为本发明的短基线水下定位测距原理图；图2为本发明的长基线校准应答器绝对位置实现框图；图3为本发明的短基线差分定位实现框图；图4为本发明的流程图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述结合图1 4，本发明的步骤包括(1)利用短基线水声定位单元询问机向水下应答器发出询问信号，水下应答器接收到询问信号后发出应答信号，测出应答信号相对于发射信号的时延，进而计算两者的距离，再通过相互距离交汇解算确定水下应答器的伪距值；(2)采用声学长基线方式让工作船询问机在高精度DGPS引导下绕着应答器航行， 通过询问应答方式测出询问机与应答器之间的距离，记录高精度DGPS的位置数据，通过空间曲面交汇解算出应答器的大地坐标，得出的应答器位置为绝对参考位置；(3)利用得到的应答器绝对位置坐标和短基线各阵元位置坐标，计算应答器到短基线各阵元的距离，并将此计算出的真实距离与利用短基线应答方式实测的伪距值加以比较，求出修正值，然后利用该修正值来修正短基线定位系统测量应答器的伪距值，得到应答器的位置坐标，完成水下定位。具体实施方案包括1、短基线测距实施方案本发明是采用短基线定位系统，工作在应答方式下，短基线阵水声定位单元安装有询问问答机，而应答器是置于海底或装在载体上的发射/接收器。应答器只在收到问答机发出的询问信号时才回答。当无询问信号时，它保持安静，以便延长电池寿命。应答器不需要简化假设，可以利用绝对往返时间求解。采用应答器时，为了解得应答器的位置坐标， 首要任务是确定各短基线基阵与应答器的距离R。通过交汇解算得出定位物体坐标在船坐标系的相对坐标，然后结合GPS方位信息坐标转换为大地坐标。具体定位几何原理如图(1)所示，首先定义位置坐标，设母船中心位置为原始坐标(0，0，0)。设应答器的坐标为T (X，y, z)，有4个水听器位于边长为2a，2b的矩形顶点。 不考虑声线弯曲时，由几何关系可得到定位方程Ri2 —(x-a)2+(y+b)2+z2(1)
R2:2 —(x-a)2+(y+b)2+z2⑵
R3:2 —(x-a)2+(y+b)2+z2⑶
R4:2 _(x-a)2+(y+b)2+z2⑷
消去:z，得到
R3:LR12 = 4ax(5)
R4:^-R22 = 4ax(6)
Ri^-R22 = 4by(7)
R3:LR42 = 4by(8)
解为
权利要求
1.基于差分技术的水下定位方法，其特征是(1)利用短基线水声定位单元询问机向水下应答器发出询问信号，水下应答器接收到询问信号后发出应答信号，测出应答信号相对于发射信号的时延，进而计算两者的距离，再通过相互距离交汇解算确定水下应答器的伪距值；(2)采用声学长基线方式让工作船询问机在高精度DGPS引导下绕着应答器航行，通过询问应答方式测出询问机与应答器之间的距离，记录高精度DGPS的位置数据，通过空间曲面交汇解算出应答器的大地坐标，得出的应答器位置为绝对参考位置；(3)利用得到的应答器绝对位置坐标和短基线各阵元位置坐标，计算应答器到短基线各阵元的距离，并将此计算出的真实距离与利用短基线应答方式实测的伪距值加以比较， 求出修正值，然后利用该修正值来修正短基线定位系统测量应答器的伪距值，得到应答器的位置坐标，完成水下定位。
全文摘要
本发明的目的在于提供基于差分技术的水下定位方法，首先通过水下应答器接收短基线水声定位单元询问机的询问信号后发出应答信号，确定水下应答器的伪距值；其次，通过询问应答方式测出询问机与应答器之间的距离，记录高精度DGPS的位置数据，得出的应答器位置为绝对参考位置；最后计算应答器到短基线各阵元的距离，并将此计算出的真实距离与利用短基线应答方式实测的伪距值加以比较，求出修正值，然后利用该修正值来修正短基线定位系统测量应答器的伪距值，得到应答器的位置坐标，完成水下定位。本发明算法简单，只需在定位测距方程中加修正量即可，适用于大部分水下定位系统。可以有效消除系统的公共误差，提高定位物体精度。
文档编号G01S15/06GK102262226SQ20111010392
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者乔钢, 何超, 周峰, 孙宗鑫, 李壮, 马雪飞 申请人:哈尔滨工程大学