[发明专利]一种水下高速机动平台高帧率无模糊声学导航方法

权利要求书

1.一种水下高速机动平台高帧率无模糊声学导航方法，其特征在于，所述导航方法包括以下步骤：

步骤1：基于水下高速平台运动条件，构建信标时延观测向量与平台位置、速度以及模糊周期向量之间的关系模型；

步骤2：基于水下高速平台运动条件，构建多普勒观测向量与平台位置和速度之间的关系模型；

步骤3：构建时空匹配声学导航目标函数；

步骤4：基于步骤1的模型、步骤2的模型和步骤3的目标函数，利用遗传优化算法，进行平台位置、速度、模糊周期联合求解；

步骤5：基于步骤4的求解，取其中的平台位置即为最终获得的导航结果；

所述步骤1具体为，平台运动条件下信标时延观测向量与平台位置u、速度以及模糊周期向量k之间的关系模型如下：

g(X,k)＝t-kT₀

其中，N为信标个数，j_i为接收第i个信标信号时所对应的帧序号，s_i表示信标位置，c为水中平均声速，T₀为系统的同步周期，ε_t为时延观测误差向量；

所述步骤2具体为，平台运动条件下多普勒观测向量与平台位置、速度之间的关系模型如下：

其中，||||₂表示2范数，为不同信标的中心频率，ε_f为多普勒频移观测误差向量，u为平台位置、为平台速度；

所述步骤3具体为，根据步骤1和步骤2中的关系模型，构建时空匹配声学导航目标函数如下：

其中，和分别为时延和多普勒频移的观测噪声协方差矩；参数λ由F_t和F_f两部分量纲的比值确定。

2.根据权利要求1所述导航方法，其特征在于，所述步骤4具体为，利用遗传优化算法对步骤3中的时空匹配声学导航目标函数进行平台位置、速度、模糊周期联合求解，其中平台位置即为最终获得的导航结果。

3.根据权利要求1所述导航方法，其特征在于，所述取其中的平台位置即为最终获得的导航结果之后还包括，

使用模糊周期匹配正确率和导航精度两个指标验证导航方法的性能。

4.根据权利要求3所述导航方法，其特征在于，所述模糊周期匹配正确率具体为，定义M次蒙特卡洛试验中，模糊周期匹配正确的次数m所占比例为模糊周期匹配正确率correct：

5.根据权利要求3所述导航方法，其特征在于，所述导航精度具体为，若水下布放N个声信标，那么导航精度可由下式计算：

6.一种水下高速机动平台高帧率无模糊声学导航系统，其特征在于，所述导航系统利用如权利要求1所述水下高速机动平台高帧率无模糊声学导航方法，所述导航系统包括水下高速平台运动的模型构建单元、目标函数构建单元、计算单元和验证单元；

水下高速平台运动的模型构建单元，基于水下高速平台运动条件，构建信标时延观测向量与平台位置、速度以及模糊周期向量之间的关系模型，构建多普勒观测向量与平台位置和速度之间的关系模型；

目标函数构建单元，构建时空匹配声学导航目标函数；

计算单元，对模型构建单元构建的模型和目标函数构建单元构建的目标函数利用遗传优化算法，进行平台位置、速度、模糊周期联合求解，取计算单元中结果的平台位置即为最终获得的导航结果；

验证单元，使用模糊周期匹配正确率和导航精度两个指标验证导航结果的性能。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述的方法步骤。