[发明专利]一种水下声学定位通信方法

权利要求书

1.一种水下声学定位通信方法，其特征在于，所述定位通信方法应用于水声定位通信系统，所述水声定位通信系统中包含若干水下定位信标，所述若干水下定位信标可以分别布放于水面、水中、水底任意位置，所述水下定位信标可以是固定状态或运动状态，所述定位通信方法包括：

S1、水下定位信标生成二进制的电文数据Data₁，所述电文数据Data₁包含一个或多个定位数据、通信数据，并以帧、子帧、位的形式编排成数据流，同时生成m序列作为直接序列扩频，电文数据与所生成的m序列进行模二加运算，进而获得数据扩频序列DM_j，将该数据扩频序列DM_j采用BPSK方式调制载波S_t，最终获得水声定位通信信号SDM_t，信号SDM_t通过换能器向外发送；

S2、水下待定位设备接收信号SDM_t，并计算信号SDM_t解析时的发射时刻t_e，所述信号解析时的发射时刻t_e＝电文解析时刻所在帧的周信息+时间信息+电文解析时刻完整子帧数目*每子帧周期+电文解析时刻完整扩频码周期个数*扩频码周期+电文解析时刻码片个数*码片时间宽度，确定解析信号SDM_t对应的接收时刻t_μ，计算信号传播时间t；

S3、水下待定位设备解析信号SDM_t后，获得水下定位信标发送的定位数据与通信数据，选择通信数据中的声学剖面模型经验正交函数系数，跟踪声线的传播路径，并计算水下待定位设备与水下定位信标之间的传播声线水平距离以及直线距离R，获取声线的传播路径的方式为：

式中，T为总的声线传播时间，t_i为第i层中声线传播时间，对水下定位信标与待定位设备的深度差进行分层，n为所划分的总层数，g为声速梯度，a_i-1和a_i分别第i-1层和第i层深度的掠射角，当T和t二者最为接近的时候，认为跟踪到声线的传播路径；

S4、重复步骤S1-S3，分别计算水下待定位设备与M个水下定位信标之间的直线距离，其表达式为：其中R_m为第m个水下定位信标与水下待定位设备之间的直线距离，(x_m，y_m，z_m)为第m个水下定位信标的位置信息，为平均声速，δt为水下待定位设备与基准时间的误差，获取至少四个水下定位信标与水下待定位设备之间的距离，根据上述表达式，列出方程组，即可获得水下待定位设备的位置(x，y，z)。

2.根据权利要求1所述的一种水下声学定位通信方法，其特征在于，所述电文数据Data₁结构由若干主帧构成，每个主帧中包含若干子帧，每一子帧又由位数固定的二进制数据组成，至少两个连续的子帧中包含有定位数据，至少两个连续的子帧中包含有通信数据。

3.根据权利要求2所述的一种水下声学定位通信方法，其特征在于，所述定位数据包括同步码、信标发射电文起始时间信息、周信息、信标编号及水下定位信标所在位置的深度信息、经度信息、纬度信息、校验码，所述通信数据包括经验正交函数系数、能源剩余量码、能源舱漏水标志码、能源舱温度码、电子舱漏水标志码、电子舱温度码、校验码。

4.根据权利要求3所述的一种水下声学定位通信方法，其特征在于，所述同步码设置于每帧数据的第一子帧的前8位，所述同步码固定为10001011，所述校验码为汉明码，设置于第一子帧、第二子帧、第四子帧的末6位。

5.根据权利要求1所述的一种水下声学定位通信方法，其特征在于，所述电文数据宽度i＝k*j*N，其中，j代表m序列码元宽度，N为m序列的周期，k为任意自然数。