【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，属于导航定位。
技术介绍
1、水下定位技术在海洋活动中发挥着重要的作用，与陆地上的卫星定位技术不同的是，电磁波无法穿透厚厚的水层，在水中衰减严重。而声波与之相反，它在海水中传播具有良好的特性，这使它作为通信、导航和监测的手段，被广泛地应用于海洋各项活动中。随着卫星通信技术的发展，将卫星定位技术与水下声学定位进行组合定位的方法也成功应用于海洋勘探开发、地质资源调查等海洋活动中。
2、usbl定位系统具有体积小、安装灵活、操作便携等优点，使其广泛适用于浅水环境下的自主遥控水下机器人arv声学定位，并为深水任务提供辅助组合导航。常用的导航定位方法中，大多数都是基于历史固定的声速剖面进行时间测量，从而获得传播时延进行导航定位的，但是在实际水下作业环境中，声速结构由于水下环境中温度盐度等要素的变化而发生变化，从而导致声速剖面呈现时变特征，特别是在浅水中，声速在时间和空间上的变化比深水环境中的变化大，历史固定的声速剖面无法体现这种时变特征，由此会严重影响水下载体在实际水下环境中的导航定位效果，所以有必要研究考虑声速剖面时变特征的水下载体实时定位方法。
3、本专利技术方法可以顾及实际水下环境中声速剖面的时变特征，利用搭载在水下载体上的相关传感器获得的相关信息对历史声速剖面进行修正，建立更符合水下载体作业环境的实时定位模型，改进历史声速剖面无法体现时变特征的缺陷，削弱其对水下载体导航定位的影响，提高在浅水中对水下载体导航定位的精度。
技
1、本专利技术的目的在于提供一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，以解决现有技术中，声速结构由于水下环境中温度盐度要素的变化导致水下载体导航定位精度低的问题。
2、一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，包括：
3、s1.对于gnss天线的位置，采用姿态传感器获取的姿态观测数据，实施姿态改正，获取超短基线usbl阵元单元中心的位置；
4、s2.通过水下载体搭载的温盐深仪ctd声学传感器，实时获取原位声速观测信息，基于实时原位声速信息，对历史固定声速剖面svp进行修正；
5、s3.基于修正后的历史固定声速剖面重新进行声线跟踪，对水下载体进行实时定位。
6、s1包括获取海面端usbl的位置，s1.1.通过gnss获得海面载体gnss接收机位置，、和分别为海面载体gnss接收机位置在东方向、北方向和天顶方向上的分量。
7、s1包括s1.2.通过海面端usbl上搭载的传感器，获得姿态改正所需参数，姿态改正所需参数包括航向角、俯仰角和横摇角，建立坐标转换矩阵：
8、。
9、s1包括s1.3.利用gnss接收机和海面载体上的usbl发射单元中心之间的杆臂量测信息，计算海面usbl阵列单元中心位置：
10、；
11、式中，、和分别为海面usbl阵列单元中心位置在东方向、北方向和天顶方向上的分量，、和分别为gnss接收机和海面载体上的usbl发射单元中心之间的杆臂量测信息在东方向、北方向和天顶方向上的分量。
12、s2包括s2.1.选择历史测量的声速剖面集的平均声速剖面作为参考剖面，参考声速剖面是由深度和声速数据组成；
13、s2.2.通过水下载体搭载的温盐深仪ctd声学传感器，获得温度、盐度和深度观测数据，根据声速经验公式计算得到与时间、深度有关的原位观测声速值。
14、s2包括s2.3.设定滑动窗口，按照深度计算参考声速剖面和原位声速观测的差值，选择宽度为的滑动窗口，进行窗口内声速差值数据的加权平均获得基于原位声速观测的当前声速改正值：
15、；
16、式中，为权重因子，受移动窗口中观测历元与选定采样时间之间的时间相关性程度影响，为窗口内历元索引，为窗口内历元索引时间。
17、s3包括基于修正后的历史固定声速剖面进行时间测量，获取传播时延、修正后的声速，重新对水下载体进行定位。
18、s3包括s3.1.基于声速改正值对参考剖面进行整体修正，获得修正后的声速剖面，并根据进行声线跟踪获取代表声速值。
19、s3包括s3.2.根据各发射器倒时差进行海面usbl接收器与水下目标之间的方向向量计算水下载体的方向向量：
20、；
21、；
22、；
23、式中，为中间参数，为倒时差，为接收器组合的相对位置，为一阶差分算子矩阵，为usbl阵元中n个接收器坐标，、和分别为海面usbl接收器在东方向、北方向和天顶方向上的分量，、和分别为水下目标之间的方向向量在东方向、北方向和天顶方向上的分量，、和分别为水下载体的方向向量在东方向、北方向和天顶方向上的分量；
24、表示为：
25、。
26、s3包括s3.3.基于修正后的历史固定声速剖面重新进行声线跟踪获得更新测时，基于更新测时、修正声速和方向向量进行水下目标位置计算，并对n个发射器求得的结果求平均，获得水下载体在地理坐标系下的实时位置：
27、；
28、式中，为发射阵列中的发射器编号，为发射器的测时，等同于水下载体的方向向量，、和分别为在东方向、北方向和天顶方向上的分量，、和分别为水下载体在地理坐标系下的实时位置在东方向、北方向和天顶方向上的分量。
29、相对比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：考虑了实际水下环境中声速剖面的时变特征，通过利用水下载体上搭载的声速原位观测信息，实现了采用的固定声速剖面的时变修正，削弱对水下载体导航定位的影响，提高水下载体导航定位的精度。
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1.一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S1包括获取海面端USBL的位置，S1.1.通过GNSS获得海面载体GNSS接收机位置，、和分别为海面载体GNSS接收机位置在东方向、北方向和天顶方向上的分量。
3.根据权利要求2所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S1包括S1.2.通过海面端USBL上搭载的传感器，获得姿态改正所需参数，姿态改正所需参数包括航向角、俯仰角和横摇角，建立坐标转换矩阵：
4.根据权利要求3所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S1包括S1.3.利用GNSS接收机和海面载体上的USBL发射单元中心之间的杆臂量测信息，计算海面USBL阵列单元中心位置：
5.根据权利要求4所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S2包括S2.1.选择历史测量的声速剖面集的平均声速剖面作为参考剖面，参考声速剖面是由深度和声速数据组成；
6.根据权利
7.根据权利要求6所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S3包括基于修正后的历史固定声速剖面进行时间测量，获取传播时延、修正后的声速，重新对水下载体进行定位。
8.根据权利要求7所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S3包括S3.1.基于声速改正值对参考剖面进行整体修正，获得修正后的声速剖面，并根据进行声线跟踪获取代表声速值。
9.根据权利要求8所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S3包括S3.2.根据各发射器倒时差进行海面USBL接收器与水下目标之间的方向向量计算水下载体的方向向量：
10.根据权利要求9所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，S3包括S3.3.基于修正后的历史固定声速剖面重新进行声线跟踪获得更新测时，基于更新测时、修正声速和方向向量进行水下目标位置计算，并对N个发射器求得的结果求平均，获得水下载体在地理坐标系下的实时位置：
...【技术特征摘要】
1.一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，s1包括获取海面端usbl的位置，s1.1.通过gnss获得海面载体gnss接收机位置，、和分别为海面载体gnss接收机位置在东方向、北方向和天顶方向上的分量。
3.根据权利要求2所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，s1包括s1.2.通过海面端usbl上搭载的传感器，获得姿态改正所需参数，姿态改正所需参数包括航向角、俯仰角和横摇角，建立坐标转换矩阵：
4.根据权利要求3所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，s1包括s1.3.利用gnss接收机和海面载体上的usbl发射单元中心之间的杆臂量测信息，计算海面usbl阵列单元中心位置：
5.根据权利要求4所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，s2包括s2.1.选择历史测量的声速剖面集的平均声速剖面作为参考剖面，参考声速剖面是由深度和声速数据组成；
6.根据权利要求5所述的一种顾及原位声速观测的水下载体导航定位方法，其特征在于，s2...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵爽，王振杰，王轲，聂志喜，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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