[发明专利]一种用于长基线水声定位系统性能评估的方法

说明书

本发明提供了一种用于长基线水声定位系统性能评估的方法，选取GDOP、HDOP和VDOP中的一项或者几项作为评估参数，对长基线水声定位系统性能进行评估，评估方法如下：确定长基线声信标几何布局方案；对预投放三维空间区域划分网格点；计算声信标与指定网格点的空间三维距离；计算声信标与指定网格点的观测矩阵H；计算指定网格点的与声信标的权系数矩阵Q；计算指定网格点的评估参数值；计算其他网格点的评估参数值；对长基线声信标几何布局进行评估；根据评估结果，选择是否需要更改声信标布局。本发明可以从系统层面上评估长基线水声定位系统声信标的空间几何分布是否满足用户需求，从而可以指导长基线水声定位系统声信标布放的空间位置。

技术领域

本发明涉及水下定位导航领域，具体涉及一种用于长基线水声定位系统性能评估的方法。

背景技术

地表目标的定位通常采用卫星定位系统作为基本的技术手段，惯性定位导航技术为辅助的方式。但当目标处于水下时，由于水对无线电波的强烈吸收，导致目标无法利用卫星导航系统等地表成熟的导航方法；而传统常用的惯性定位导航系统的误差随时间增加而大量累积。因此，深海航行器在水下长时自主运行时，需要使用声波作为信息载体来进行水声定位技术，从而作为惯性定位导航技术的有效辅助校准手段。水声定位技术现已经成功应用于军事、商用、民用工程。它能够为水下潜水器，如AUV(Autonomous UnderwaterVehicle)等重要的定位、导航工作进行支撑。通过在作业海区的水面工作母船或者其他水下平台加装和布放声学定位设备，实现水面对水下目标位置的实时监控从而完成海洋科学考察、海洋资源勘探及开发、深海空间站建设等大工程。

根据定位系统基线长度的差别，一般将其划分为长基线水声定位系统、短基线水声定位系统和超短基水声定位系统。本发明针对长基线水声定位系统，因此重点介绍长基线水声定位系统。长基线水声定位系统的基线一般在几百米到数千米的量级上，具有作用距离远、定位精度高等优点，主要应用于水下载体定位、海底电缆铺设、海上石油勘探等方面。通过测量载体到相对/绝对位置已知的海底应答器的相对距离，采用距离交汇的方法解算目标坐标。

现有针对长基线水声定位系统的研究主要集中在抗多径、抗距离模糊、声线修正、信号设计优化等如何开发出传感器误差更小的产品上，鲜有研究关注如何定量分析如何评估长基线水声定位系统的性能。因此，本发明将长基线水声定位系统的性能与GDOP、HDOP和VDOP等指标联系起来，对长基线水声定位系统的性能评估，从而优化长基线水声定位系统的声信标布局方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于长基线水声定位系统性能评估的方法，以解决上述问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于长基线水声定位系统性能评估的方法，其特征在于，选取GDOP、HDOP和VDOP中的一项或者几项作为评估参数，对长基线水声定位系统性能进行评估，确定长基线水声定位系统声信标布局是否合理，其评估方法步骤如下：

S1.根据声信标数目N，确定长基线声信标几何布局方案；

S2.根据空间采样分辨率，对预投放的三维空间区域进行网格点划分；

S3.计算所述声信标与指定网格点的空间三维距离；

S4.计算所述声信标与指定网格点之间的观测矩阵H；

S5.计算所述指定网格点的与声信标之间的权系数矩阵Q；

S6.计算所述指定网格点的评估参数值；

S7.重复步骤S3～S6，计算其他网格点的评估参数值；

S8.选择合适的评估参数，对步骤S1中所确定的长基线声信标几何布局进行评估；

S9.根据评估结果，选择是否需要更改声信标布局。