[发明专利]一种座底式水声被动定位基阵自校准方法

说明书

本发明提供了一种座底式水声被动定位基阵自校准方法，包括水下基阵的阵形校准、位置校准和测向基准校准。应用本发明对座底固定式水下被动定位系统定位基阵进行校准后，系统定位精度指标达到了设计要求，从而说明本发明的方法合理、可行，有效解决了系统坐标基准统一关键技术问题，并通过简化、优化设计提高了系统研制使用中的可靠性和费效比，具有良好的军事、经济价值，从原理上说可推广应用至其他水下固定式被动定位系统。

技术领域

本发明涉及水下试验与测试的技术领域，特别是指一种座底式水声被动定位基阵自校准方法。

背景技术

水声被动跟踪定位系统一般通过水下基阵接收水下目标的辐射噪声，然后通过信号和数据处理设备对噪声源进行方位估计，利用多基阵测量得到的方位角进行交汇解算即可实现目标的跟踪定位。在水下测量基阵安装布置完毕后，需对系统基阵的定位空间基准进行测量和校准(以下统称为基阵校准)，为定位解算功能的正确实现建立一个统一、有效的定位坐标系。

水声被动定位系统水下基阵从安装布置方面来说，有船(舰)载式、水面浮标式和座底固定式几种。船(舰)载式和浮标式水声被动定位系统因使用时基阵处于机动航行或随机漂浮状态，系统可实时通过卫星定位设备和姿态测量设备实时获知基阵位置和姿态信息，利用获取的信息实现基阵实时校准，因可组合采用高精度差分卫星定位与惯导测姿等技术，空间基准的校准精度能够得到较好的保证。座底固定式水声被动定位系统测向基阵布放固定于水下，基阵位置信息布放时通过卫星或光测等基准设备直接测量得到，基阵测向基准可利用基阵装载的罗盘设备直接测量获得，也可通过水声自校准间接测量得到，当定位精度要求不高时，以上方式一般可满足使用需求。

“××高精度水声被动跟踪系统”为典型的座底式水声被动跟踪定位系统，三套全向测向基阵按近似等边三角形长基线阵形式布放固定于湖底，主要功能为水声被动跟踪定位，同时具备同步式水声跟踪定位功能。该系统定位精度要求高，如果采用上述座底固定式系统常用的基阵校准方式，存在的主要缺点如下：

(1)水下基阵位置只能在布放时通过水面卫星定位或光测得到，但由于布放船只受水流和风浪的影响，基阵布放入水点与最终深水沉底点无法保证在同一垂线上，使得基阵位置基准可能出现几十米甚至上百米的偏差，因此，以基阵布放的初始位置作为定位解算的位置坐标基准将导致较大的定位误差，难以满足高精度定位要求；

(2)水下基阵测向基准校准时，如果采用罗盘的方式，由于罗盘本身测向精度不高，直接测量得到的测向基准必然存在较大的误差；如果采用水声自校准的方式，间接测量得到的测向基准受基阵位置精度的制约，同样难以保证有效的精度要求；因此，传统的测向基准校准方式也难以满足高精度测向及定位要求。

发明内容

本发明实施例提供了一种座底式水声被动定位基阵自校准方法，为了解决传统的测向基准校准方式也难以满足高精度测向及定位要求的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种座底式水声被动定位基阵自校准方法，包括水下基阵的阵形校准、位置校准和测向基准校准，具体包括如下步骤：

步骤1：测量水下基阵基线长度；采用同步测距的方法，具体为：利用水下测量基阵水声信号收发功能，控制水下基阵分时轮流发射同步水声信号，其他未发射信号的基阵接收同步信号并传输至系统信号处理设备完成同步时延估计，系统数据处理设备利用如式(1)所示的同步测距原理计算得到水下基阵之间的基线长度。

L＝ct              (1)

式中，L为基线长度，C为声速，t为同步时延；

步骤2：水下基阵位置校准：基线长度确定后建立以某一基阵为原点的相对坐标系x’-y’，并得到各基阵在自身相对坐标系下的位置坐标；所述相对坐标系x’-y’与系统最终定位解算使用的东-北地绝对坐标系x-y存在一定的平移量(Δx，Δy)和旋转量(θ)