[发明专利]异步时钟下水下移动目标协同定位方法

摘要

本发明公开一种异步时钟下水下移动目标协同定位方法，包括以下步骤：四个潜器在水面上通过GPS进行自定位和时钟同步；1号潜器下潜到一定深度后进行自定位，估计水流速度并广播给其他潜器，随后继续下潜；另外三个潜器收到水流速度信息后下潜，并周期性地广播HELLO；目标收到HELLO后发送定位请求；每个潜器接收到定位请求后，进入等待模式，等待接收编号在它之前的潜器发来的时间戳，当它确认接收到全部的时间戳后，将自身记录的时间戳发送给编号在它之后的潜器和目标；目标接收到四个潜器发送的时间戳后，发送终止信息，并根据水流速度定位补偿，获取自身位置，定位结束。本发明可以在异步时钟及水流环境中，实现较高精度的目标定位。

主权项

1.一种异步时钟下水下移动目标协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在水下环境中，随机部署四个移动潜器，并分别编号为1,2,3,4，潜器之间采用水声通信方式进行信息交互，每个潜器均配备深度探测计；(2)四个潜器在水面上通过GPS获得自身位置和同步时钟信息，之后1号潜器下潜到一定深度，2,3,4号潜器利用到达时间差信息辅助1号潜器获得其x轴和y轴的信息，z轴信息可以通过深度探测计获取，进而1号潜器获得当前位置的信息，随后1号潜器结合之前在水面上获得的位置信息，对水流速度μ进行估计；(3)1号潜器向2,3,4号潜器广播估计出的水流速度μ，随后继续下潜，并且通过获得的水流速度对自身实时位置进行更新；2,3,4号潜器收到水流速度后下潜，并周期性的对外广播HELLO，在下潜过程中，同样根据水流速度更新自身的实时位置；(4)目标接收到HELLO后，同时向四个潜器发送定位请求，以定位目标位置(xs,ys,zs)，设定目标发送定位请求的时刻为tss，每一个潜器接收到定位请求信息后，进入等待模式，等待接收编号在它之前的潜器发来的时间戳，当这个潜器确认接收到全部的时间戳后，将自身记录的时间戳发送给编号在它之后的潜器和目标；(5)目标确认接收到四个潜器发送的时间戳后，分别记录下1,2,3,4号潜器发出的时间戳到达的时刻t1s、t2s、t3s、t4s，然后发送终止信息，终止定位过程；(6)定位过程中，目标除了在自身动力作用下运动，同时受到水流的影响产生被动运动，在此，通过步骤(2)中估计的水流速度补偿目标的被动运动，并结合目标自身速度求得目标定位过程中的位移(△xi,△yi,△zi)，已知目标与各潜器之间时钟异步，因此目标接收到的时间信息中各个时刻值存在偏差，为了消除这些时钟偏差，采用做差的方法，即对那些在同一时钟下的时刻值做差，以抵消时钟偏差；(7)目标根据接收到的时间戳与位置信息获得目标与潜器、潜器之间的时延信息，考虑到噪声存在，并按噪声最小的原则，由相关时延信息和计算得的时刻差值可求得目标定位开始时的位置(xs,ys,zs)，再根据定位过程中目标的位移，可求得目标定位结束时的实时位置(Xs,Ys,Zs)。