[发明专利]水下无人平台集群水声定位导航方法

权利要求书

1.基于声波吸收损失和多普勒频偏的水下无人平台集群水声定位导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在初始时刻t₀时，计算领航者S和跟随者R的距离r₀，领航者S和跟随者R分别航行至t₁时刻时，计算t₁时刻跟随者R与领航者S间距离r₁，具体包括如下过程：

领航者S设置有发射换能器，作为发射端，分别发射出两种不同频率的脉冲声波信号，频率分别用f₁和f₂表示，跟随者R设置有水听器，作为接收端，分别接收到两种频率的脉冲声波信号，根据两种频率声波在海水介质中的吸收系数α₁和α₂值的不同，计算出领航者S和跟随者R的距离r：

其中：

RL₁：频率为f₁的脉冲信号在接收端的源级，单位：dB；

RL₂：频率为f₂的脉冲信号在接收端的源级，单位：dB；

α₁：频率为f₁的声波海水吸收系数，单位：dB/km；

α₂：频率为f₂的声波海水吸收系数，单位：dB/km；

根据公式(1)计算出t₀和t₁时刻跟随者R与领航者S间距离r₀和r₁；

步骤2，计算出t₁时刻跟随者R与领航者S的径向速度Δv，具体包括以下步骤：

由已知的领航者S发射脉冲信号的频率f₀、水中声速以及跟随者R的径向速度v_R已知，测得接收端水听器接收脉冲信号频率f，就可以计算得出领航者S相对跟随者R间的径向速度v_S及以跟随者R为参考点的两者间径向速度Δv：

其中：

f：接收水听器接收脉冲信号频率，单位：Hz；

f₀：发射换能器发射脉冲信号频率，单位：Hz；

v_R：接收端径向速度，靠近发射端时为“+”、远离发射端时为“-”，单位：m/s；

v_S：发射端径向速度，靠近接收端时为“-”、远离接收端时为“+”，单位：m/s；

c：水中声速，单位：m/s；

根据公式(2)计算出t₁时刻跟随者R与领航者S的径向速度Δv；

步骤3，根据跟随者R与领航者S间距离r₀和r₁，计算t₁时刻跟随者R相对于领航者S舷角方位，具体包括以下步骤：

根据测得的t₁时刻跟随者R与领航者S间距离r₁和t₀时刻两者间距离r₀，进行计算t₁时刻跟随者R相对于领航者S舷角π-β中β的大小：

其中：

d：d＝v₀(t₁-t₀)领航者S航行的距离，单位m；

v₀：跟随者R、领航者S从t₀时刻航行到t₁时刻的速度，单位m/s；

θ₀：跟随者R航向与t₀时刻的领航者S两者位置连线夹角，单位rad；

步骤4，根据t₁时刻跟随者R与领航者S的径向速度Δv判断左右舷，具体包括以下步骤：根据测得的t₁时刻跟随者R与领航者S间距离r₁和t₀时刻两者间距离r₀的大小关系，以及t₁时刻跟随者R与领航者S的径向速度Δv判断左右舷：

(4.1)当r₁r₀，由公式(3)计算出β，然后分别计算出左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂：

其中：

其中，R′S表示t₁时刻的跟随者R到t₀时刻的领航者S的位置连线距离；

通过计算得到的左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂与公式(2)测得的真实径向速度进行比较可以分辨左右舷；

(4.2)当r₁r₀，由公式(3)计算出β，然后分别计算出左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂：

其中：

通过计算得到的左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂与公式(2)测得的真实径向速度进行比较可以分辨左右舷；

(4.3)当r₁＝r₀，由公式(3)计算出β，然后分别计算出左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂：

其中：

通过计算得到的左右舷的径向速度Δv₁和Δv₂与公式(2)测得的真实径向速度进行比较，分辨左右舷。