[发明专利]基于时间信息通过单个水听器对水底声信标的定位方法

说明书

本发明公开了基于时间信息通过单个水听器对水底声信标的定位方法，通过移动平台携带单个水听器，对处在水底的声信标进行定位，包括以下步骤：采集水听器接收到的相邻的两个脉冲信号的传播时间差；基于传播时间差，通过获取移动平台的航速、航向，以及在水听器接收到每个脉冲信号时移动平台的第一位置坐标，构建非线性定位解算模型，其中，非线性定位解算模型用于通过迭代解算，获取声信标的第二位置坐标；本发明实现了对声信标进行快速定位的技术效果，并且解算精度高，为声信标定位提供了新的技术思路。

技术领域

本发明涉及失事声信标定位技术，具体而言，涉及基于时间信息通过单个水听器对水底声信标的定位方法。

背景技术

水下声信标广泛用于水下导航定位、失事搜救、军事或其他特殊用途，是飞机和船舶“黑匣子”等设备的重要部件之一。在海上突发灾难时，“黑匣子”入水后信标会自动发射脉冲声信号，持续跟踪该脉冲信号并确定其位置是快速打捞“黑匣子”的关键。国际上通用的SAE-AS8045A标准的水声信标的发射脉冲频率为37.5kHz，声源级一般为160dB，作用距离一般在2-3km范围内，但是即便在该距离范围内，要快速打捞起“黑匣子”，若没有相对准确的失事信标位置，也无异于大海捞针。当前，在水下目标定位领域应用较广泛的是超短基线定位技术，但常见的超短基线定位技术至少需要三个水听器，且大多以应答式工作为主，不适应于失事信标的定位。目前，对于失事信标的定位，应用较广泛的是基于阵列指向性的纯方位式交汇技术，即先通过水听器阵列或者矢量传感器测得脉冲方位，然后根据多方位交汇定位，但受水下传感器声学孔径和水中姿态的影响，该方式测得的脉冲方位误差比较大，由此进行位置解算耗时较长，实际应用效率和可靠性不高。因此，基于阵列指向性的纯方位式交汇技术很难提升水声信标的定位效率和定位精度。

发明内容

为提升对声信标定位的精度和效率，本发明提供基于时间信息通过单个水听器对水底声信标的定位方法，搭载单水听器的移动平台在不同位置接收声信标发射的水声脉冲信号，测得脉冲到达时间t₁,t₂,…,t_i，通过相邻接收脉冲时间差变化和平台位置信息解算声信标位置。

为了实现上述技术目的，本申请提供了基于时间信息通过单个水听器对水底声信标的定位方法，通过移动平台携带单个水听器，处在水底的声信标进行定位，包括以下步骤：

采集水听器接收到的相邻的两个脉冲信号的传播时间差；

基于传播时间差，通过获取移动平台的航速、航向，以及在听水器接收到每个脉冲信号时移动平台的第一位置坐标，构建非线性定位解算模型，其中，非线性定位解算模型用于通过迭代解算，获取声信标的第二位置坐标。

优选地，在获取第一坐标的过程中，第一坐标的表达式为：

p_i＝[xw_i，yw_i]^T

其中，P_i表示水听器接收到第i个脉冲时的位置坐标，V表示航速，C表示航向，表示第i个脉冲的到达时间t_i与第i-1个脉冲的到达时间t_i-1传播时间差，。

优选地，在获取第二位置坐标的过程中，通过设置迭代初值、迭代步长因子、迭代次数，对非线性定位解算模型进行解算，获取第三位置坐标。

优选地，在对非线性定位解算模型进行解算的过程中，根据迭代初值，通过非线性定位解算模型，获取第一迭代步长量及其对应的第一误差值；

根据第一迭代步长量对非线性定位解算模型进行解算，获取第二误差值；

根据第一误差值和第二误差值的关系，通过调整迭代步长因子，使得第二误差值小于第一误差值后，获取第二误差值对应的第二迭代步长量；