[发明专利]一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法及系统

权利要求书

1.一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法，其特征在于，所述水声超短基线定位系统包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器，所述方法包括以下步骤：

1)通过所述四元十字立体水声超短基线定位系统获取初始掠射角θ₀；

2)通过声速剖面仪测得声速剖面图；

3)通过所述四元十字立体水声超短基线定位系统根据步骤1)的初始掠射角θ₀在步骤2)中声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标，该步骤包括：

3.1)将步骤2)获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播；

3.2)根据每层声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

3.3)根据下列公式(8),(9)和(10)对步骤3.2求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

3.4)求取满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)和(9)，算出的时间t与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则执行步骤3.5)，不满足将步骤3.4)一直循环进行下去，直到满足要求；

3.5)将步骤3.4)求出的满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即得到水下应答器的坐标信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的时延差，并由甲板单元根据时延差获取初始掠射角θ₀。

3.根据权利要求1所述的一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的相位差，并由甲板单元根据相位差获取初始掠射角θ₀。