[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

说明书

本发明提供了一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法。该方法包括以下步骤：通过四元十字立体水声超短基线定位系统获取初始掠射角θ₀；通过声速剖面仪测得声速剖面图；通过四元十字立体水声超短基线定位系统根据初始掠射角θ₀在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。本发明根据四元立体水声超短基线阵测得相位差估计值，并利用自适应分层追加的方法进行迭代求出各检测点相对于测量船坐标。较传统平均声速算法大幅提高测距精度，有效修正了声线在水下复杂环境中曲线传播路径，提高了水声超短基线定位系统的水下测距及定位精度。

技术领域

本发明涉及海洋测量技术领域，尤其涉及一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法及系统。

背景技术

超短基线定位系统由于体积小、重量轻、携带方便等优点，在水下定位领域应用广泛。其定位原理是利用水下应答信号到达接收单元之间的相位差(或时延差)结合水下测量目标到超短基线阵之间的斜距来实现定位。在距海表面一定深度的声源向下以一定角度发射声信号，当发现水下目标时，目标将反射声信号到接收机，然后根据信号传播的时间和声速得到目标到声源的距离，再联合角度信息获得目标的位置。由于不同深度海水的温度、盐度和压力等参数不相同，这就导致了声信号在海水中的传播射线不仅沿曲线传播，而且各层中的声速也不相同，最终使利用声信号对水下目标定位产生折射误差。若是直接利用三角关系简单地计算各点的深度和水平位移，会为最终的位置归算带来较大的误差，为保证较高的定位精度，必须进行声线修正。而传统的平均声速算法，也只是有效减小定位误差，定位估计不够精确。王燕等人根据声速在水下传播时声线发生弯曲提出的用于长基线水声定位系统声线修正的迭代方法，提高了定位的精度，但该方法计算量大，仅适用于长基线水声定位系统，应用到短基线平面阵型时遇到了一定的困难。

因此，鉴于上述情况，研发设计出一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法及系统是目前海洋测量领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，从而提供一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法及系统。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种基于水声超短基线定位系统的声线修正方法，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，所述步骤3)具体包括以下步骤：

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；