[发明专利]一种水下航行器定位系统及方法

权利要求书

1.一种水下航行器定位系统，其特征在于，包括：

一船基数据控制中心，用于发送定位请求信号；

一有缆遥控水下航行器，所述有缆遥控水下航行器上设有一水下收发机，所述水下收发机与所述船基数据控制中心无线通信连接；

一GPS智能浮标，设置于所述有缆遥控水下航行器一预设范围内，与所述水下收发机无线通信连接；

岸基差分GPS基准站，用于发送一差分信号；

所述船基数据控制中心、所述GPS智能浮标及所述岸基差分GPS基准站通过一通讯传输卫星无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种水下航行器定位系统，其特征在于，所述船基数据控制中心向所述水下收发机发送所述定位请求信号，所述水下收发机接收到所述定位请求信号后发出一定位信号。

3.根据权利要求1所述的一种水下航行器定位系统，其特征在于，所述GPS智能浮标接收所述水下收发机的所述定位信号，对所述定位信号延迟时间进行计算得到一延迟时间数据。

4.根据权利要求3所述的一种水下航行器定位系统，其特征在于，所述GPS智能浮标提供姿态校准数据、GPS定位数据，并将所述姿态校准数据、所述GPS定位数据与所述延迟时间数据进行调制，并经过所述通讯传输卫星传回所述船基数据控制中心。

5.根据权利要求4所述的一种水下航行器定位系统，其特征在于，所述船基数据控制中心将所述岸基差分GPS基准站发出的所述差分信号与所述GPS智能浮标调制后的所述延迟时间数据、所述姿态校准数据、所述GPS定位数据融合后计算出所述有缆遥控水下航行器的位置，并将结果实时动态地显示出来。

6.一种水下航行器定位方法，应用于权利要求1-5任意一项所述的水下航行器定位系统，其特征在于，包括：

步骤S1,所述船基数据控制中心发送所述定位请求信号激活所述有缆遥控水下航行器的所述水下收发机；

步骤S2，所述水下收发机发出节点坐标位置(x,y)到所述GPS智能浮标，所述GPS智能浮标再将所述GPS智能浮标节点坐标位置以及所述水下收发机坐标位置通过所述通讯传输卫星传回所述船基数据控制中心；

步骤S3，所述船基数据控制中心建立方程组，通过对所述方程组中各个等式进行泰勒级数展开，不断进行迭代求解，当满足停止迭代条件后，得到所述有缆遥控水下航行器原始节点位置的估计值；

步骤S4，所述船基数据控制中心接收所述岸基差分GPS基准站发出的所述差分信号并与得到的所述估计值结合计算出所述有缆遥控水下航行器的实时位置。

7.根据权利要求6所述的一种水下航行器定位方法，其特征在于，所述步骤S3中所述方程组为：

其中，(x_k,y_k)k＝1,2,…,M表示所述GPS智能浮标第k个节点所在的位置，其中M≥3，(x₀,y₀)表示所述水下收发机节点的位置，r_k表示所述GPS智能浮标第k个接收节点与所述船基数据控制中心节点之间的距离。

8.根据权利要求6所述的一种水下航行器定位方法，其特征在于，所述步骤S3中所述泰勒级数展开包括：

步骤S31,首先对所述水下收发机节点坐标位置(x,y)赋初值S₀＝(x_s,y_s)，然后对每一个方程式在S₀处进行泰勒级数展开，得到残差：

η＝h_t-G_tδ (2)

其中η表示残差，h_t表示海水深度，G_t表示系数矩阵，δ＝(△x,△y)^T表示对所述水下收发机节点坐标位位置估计的误差，其加权最小二乘解为：

矩阵W取为：W＝Q^-1，Q表示到达时差定位方法估计值的协方差矩阵；

步骤S32,在下一步迭代中，将所述所述水下收发机节点坐标位置(x,y)赋初值(x+△x,y+△y)，继续上面计算过程，直到△x，△y充分小。