[发明专利]一种基于TDOA的水下长基线声学定位方法

说明书

一种基于TDOA的水下长基线声学定位方法，包括：在目标海域中布设由若干个基站构成的定位基站阵列以及用于接收数据的测量船；建立基于TDOA方法的定位模型，获得基于TDOA方法的第i个基站与定位目标之间的距离值；根据所述的距离值，利用Chan算法获取定位目标的初始位置；对得到的定位目标的初始位置，利用Taylor算法进行迭代，得出更精确的结果；对结果进行阈值判断，如所述结果小于设定阈值则输出最终结果，否则，继续进行阈值判断，直到结果小于阈值为止。本发明的方法简单，在水下环境中抗干扰能力强且定位精度高。能保证定位的精度，同时也降低了定位所需要的时间，能够实现快速地对水下目标进行精准定位。

技术领域

本发明涉及一种水下声学定位方法。特别是涉及一种基于TDOA的水下长基线声学定位方法。

背景技术

水下声学定位技术广泛应用于海洋勘探、海洋观测、以及海洋防护等领域来对水下环境的目标进行定位。然而水下信道环境的复杂性对声音在水下的传播造成了很大的影响，水下声学定位技术发展至今，虽已取得了较为可观的研究成果，但水下环境复杂的特点以及定位算法的缺陷都使得定位精度不能令人满意。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够明显改善水下长基线目标定位的精度，并方法简单的基于TDOA的水下长基线声学定位方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于TDOA的水下长基线声学定位方法，包括如下步骤：

1)在目标海域中布设由若干个基站构成的定位基站阵列以及用于接收数据的测量船；

2)建立基于TDOA方法的定位模型，获得基于TDOA方法的第i个基站与定位目标之间的距离值；

3)根据所述的距离值，利用Chan算法获取定位目标的初始位置；

4)对得到的定位目标的初始位置，利用Taylor算法进行迭代，得出更精确的结果；

5)对步骤4)的结果进行阈值判断，如所述结果小于设定阈值则输出最终结果，否则，继续进行阈值判断，直到结果小于阈值为止。

步骤1)中所述的测量船和定位基站阵列中的每个基站都设置有用于声学发射和接收的声呐传感器。

步骤2)包括：

在t₀时刻定位目标发出声音信号(爆炸，振动等)，并假设声音信号在水中沿直线传播，没有经过障碍物的反射或折射，定位基站阵列在t_i时刻接收到定位目标发出的声音信号，声音信号从定位目标发出至传播到定位基站阵列中第i个基站的时间为Δt_i：

Δt_i＝t_i-t₀i＝1,2,3,4 (1)

第i个基站与定位目标之间的距离值为r_i：

r_i＝c*Δt_ii＝1,2,3,4 (2)

式中，c是指声音信号在水中的传播速度，一般取1500m/s；

设第i个基站的坐标为s_i＝(x_i，y_i，z_i)^T，i＝1,2,3,4，x_i是第i个基站的x坐标，y_i是第i个基站的y坐标，z_i是第i个基站的z坐标，为已知量，定位目标的初始位置坐标为M(x,y,z)是未知数，x是定位目标初始位置的x坐标，y是定位目标初始位置的y坐标，z是定位目标初始位置的z坐标，根据空间坐标距离公式得到基于时间差进行定位方法的方程为：