基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法技术

技术编号：43751956 阅读：2 留言：0更新日期：2024-12-20 13:09

本发明专利技术公开基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，属于水下定位技术领域，用于载人深潜器水下定位，包括获得不同传感器精度及观测噪声，对等深度点的声速剖面中的异源声速剖面进行数据融合处理，得到融合处理后的精确声速剖面；对融合处理后的精确声速剖面进行处理，获得全海深声速剖面；进行声速剖面替换，用准实时声速剖面进行水声定位，通过水声通讯设备反馈载人深潜器实时位置；基于下潜海域当日声速剖面和历史多源声速剖面进行融合处理，获得当日准实时声速剖面，用于次日载人深潜器下潜定位。本发明专利技术充分考虑时空参数误差，降低声速剖面时空误差对定位的影响，提高载人深潜器水下定位精度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，属于水下定位。

技术介绍

1、当深潜器进行深海长时间、远距离作业时，其导航定位的精度成为直接影响其能否顺利完成预定任务的关键因素。复杂多变的海洋环境是制约水下导航定位精度的关键问题，尤其是水下声学导航定位要精细考虑海洋环境误差影响。虽然声场反演技术可以获得声速参数，但高精度声场构建技术还不成熟。此外，载人深潜器作业有显著的区域性特点，一般是在国家已申请矿区或已发现热液区开展工作，因此区域性声场构建技术是解决高精度声场模型的一种手段。基于已知海域，已有丰富的历史声速剖面数据可充分利用，且作业前，通常会进行温盐深数据的观测，也是传统声速剖面获取方法，用于深潜器的定位。但由于海洋环境的动态性，声速存在显著的时空特性，因此需要降低该误差的影响。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，以解决现有技术中，用于载人深潜器定位的声速剖面精度不足的问题。

2、基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，包括：

3、s1.对历史多源声速剖面、利用温盐深仪数据计算的声速剖面和载人深潜器现场观测的多源声速剖面进行预处理，获得等深度点的声速剖面数据，预处理包括数据插值、剔除异常值、移动平滑和一致性检查；

4、s2.获得传感器观测噪声指标，使用改进的最小方差估计方法，对等深度点的声速剖面中的异源声速剖面进行数据融合处理，得到融合处理后的精确声速剖面；</p>

5、s3.对融合处理后的精确声速剖面进行处理，获得全海深声速剖面；

6、s4.进行声速剖面替换，将全海深声速剖面作为准实时声速剖面使用，布放水声吊阵，用准实时声速剖面进行水声定位，通过水声通讯设备反馈载人深潜器实时位置，并通过深度计进行精度评估；

7、s5.回收载人深潜器后，通过载人深潜器当日下潜观测信息获得下潜海域当日声速剖面，基于下潜海域当日声速剖面和历史多源声速剖面进行融合处理，获得当日准实时声速剖面，用于次日载人深潜器下潜定位。

8、数据插值包括如果声速剖面存在数据缺失，采用三次样条插值方法，通过分段三次多项式逼近使得插值曲线更平滑，对于个声速剖面数据点，构建三次多项式：

9、；

10、式中，、、、是待求参数，是第个声速剖面的声速值，是第个声速剖面的深度。

11、剔除异常值包括计算每个声速点的绝对偏差：

12、；

13、式中，是声速值中位数；

14、的中位数为，设定阈值对异常值进行识别和剔除：

15、；

16、式中，为剔除异常值的边界值。

17、移动平滑包括对所有声速剖面进行移动平滑处理：

18、；

19、式中，是第个声速剖面数据点的平滑值，是计数参数，是第个声速剖面的声速值。

20、对所有声速剖面进行一致性检查，确保相邻深度点变化率在预设范围内：

21、；

22、利用温盐深仪数据计算的声速剖面包括，作业母船携带载人深潜器到达工作海域，作业母船进行定点作业获得温盐深仪的数据并计算声速剖面为：

23、；

24、式中，表示声速，表示温度，表示盐度，表示深度。

25、获得传感器观测噪声指标包括查询不同传感器的观测噪声指标，历史多源声速剖面的传感器观测噪声指标为，利用温盐深仪数据计算的声速剖面的传感器观测噪声指标为，载人深潜器现场观测的多源声速剖面的传感器观测噪声指标为，根据传感器观测噪声指标判断声速剖面的精度；

26、根据传感器观测噪声指标计算噪声方差，表示历史多源声速剖面的噪声方差，表示利用温盐深仪数据计算的声速剖面的噪声方差，表示载人深潜器现场观测的多源声速剖面的噪声方差。

27、使用改进的最小方差估计方法，对等深度点的声速剖面中的异源声速剖面进行数据融合处理包括：

28、；

29、式中，为融合后的异源声速剖面，分别是历史多源声速剖面、利用温盐深仪数据计算的声速剖面和载人深潜器现场观测的多源声速剖面的权重系数；

30、；

31、式中，分别是对应的权重，是不同传感器所得声速剖面的可信度系数，表示深潜器的声速剖面可信度系数，，表示深潜器上升的声速剖面可信度系数，表示深潜器下潜的声速剖面可信度系数，根据时间误差和海域重叠度确定，根据两次声速剖面的面积差确定，深潜器上升和下潜两次的声速剖面可信度为最优可信，温盐深仪传感器所得声速剖面的可信度为次优可信。

32、对融合处理后的精确声速剖面进行处理，获得全海深声速剖面包括根据利用温盐深仪数据计算的声速剖面的方法进行声速剖面外推，外推后设置拟合函数为：

33、；

34、式中，为温度初始值，为温度变化系数，为自然常数，为深度初始值，为拟合幂指数，使用反馈辅助格网搜索寻找和的最优值，使用已知的融合处理后的精确声速剖面的70%进行最小二乘解算得到和，为外推部分的全海深声速剖面。

35、基于下潜海域当日声速剖面和历史多源声速剖面进行融合处理时，采用与获得相同的声速剖面融合方法。

36、相对比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术充分考虑时空参数误差，降低声速剖面时空误差对定位的影响，提高载人深潜器水下定位精度。

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【技术保护点】

1.基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，数据插值包括如果声速剖面存在数据缺失，采用三次样条插值方法，通过分段三次多项式逼近使得插值曲线更平滑，对于个声速剖面数据点，构建三次多项式：

3.根据权利要求2所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，剔除异常值包括计算每个声速点的绝对偏差：

4.根据权利要求3所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，移动平滑包括对所有声速剖面进行移动平滑处理：

5.根据权利要求4所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，对所有声速剖面进行一致性检查，确保相邻深度点变化率在预设范围内：

6.根据权利要求5所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，利用温盐深仪数据计算的声速剖面包括，作业母船携带载人深潜器到达工作海域，作业母船进行定点作业获得温盐深仪的数据并计算声速剖面为：>

7.根据权利要求6所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，获得传感器观测噪声指标包括查询不同传感器的观测噪声指标，历史多源声速剖面的传感器观测噪声指标为，利用温盐深仪数据计算的声速剖面的传感器观测噪声指标为，载人深潜器现场观测的多源声速剖面的传感器观测噪声指标为，根据传感器观测噪声指标判断声速剖面的精度；

8.根据权利要求7所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，使用改进的最小方差估计方法，对等深度点的声速剖面中的异源声速剖面进行数据融合处理包括：

9.根据权利要求8所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，对融合处理后的精确声速剖面进行处理，获得全海深声速剖面包括根据利用温盐深仪数据计算的声速剖面的方法进行声速剖面外推，外推后设置拟合函数为：

10.根据权利要求9所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，基于下潜海域当日声速剖面和历史多源声速剖面进行融合处理时，采用与获得相同的声速剖面融合方法。

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【技术特征摘要】

1.基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，剔除异常值包括计算每个声速点的绝对偏差：

4.根据权利要求3所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，移动平滑包括对所有声速剖面进行移动平滑处理：

6.根据权利要求5所述的基于载人深潜器的多源数据融合准实时高精度定位方法，其特征在于，利用温盐深仪数据计算的声速剖面包括，作业母船携带载人深潜器到达工作海域，作业母船进行定点作业获得温盐深仪的数据并计算声...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘以旭，孙永福，赵晟娅，杨磊，唐嘉陵，齐海滨，张奕，
申请(专利权)人：国家深海基地管理中心，
类型：发明
国别省市：

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