[发明专利]基于北斗定位系统的水下定位方法

说明书

本发明公开了一种基于北斗定位系统的水下定位方法，包括如下操作步骤：S1：长基线定位：将换能器安装在船体上，向位置已知的固定在海底的应答器发出测量信号；S2：短基线定位：将3个以上换能器固定在船体上组成声基阵，由声基阵内的一个换能器向应答器发出测量信号，测量信号经应答器接收后反馈发送至声基阵内所有换能器；S3：超短基线定位：超短基线的所有声单元集中安装在一个收发器中，组成声基阵，通过测定声单元的相位差来确定换能器到目标的方位。本发明可以通过北斗提供实时高精度的空间坐标基准，对于水下跟踪、导航应用，通过浮标北斗的单点定位提供的空间坐标即可以实现水下米级定位，提高水下定位精度。

技术领域

本发明属于水下定位技术领域，具体涉及一种基于北斗定位系统的水下定位方法。

背景技术

现有的定位系统中，长基线定位系统缺点：系统复杂且操作繁琐，声基阵数量庞大，造价高，需要长时间的不舍和回收海底基阵，需要详细对海底声基阵校准测量。

短基线定位系统缺点：深水测量要求高精度，极限距离必须大于40米，在安装系统时，换能器必须在船坞进行严格校准。

超短基线定位系统缺点：系统安装后的校准需要非常准确，而这往往难以达到，测量目标的绝对位置精度依赖于外围设备精度—电罗经、姿态传感器和深度传感器。

因此，有必要提出一种基于北斗定位系统的水下定位方法，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于北斗定位系统的水下定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于北斗定位系统的水下定位方法，包括如下操作步骤：

S1：长基线定位：将换能器安装在船体上，向位置已知的固定在海底的应答器发出测量信号，应答器之间的距离构成长基线，长度大于100米，测量信号经应答器接收后反馈发送至换能器，形成测量中的前方或后方交会对目标定位；

S2：短基线定位：将3个以上换能器固定在船体上组成声基阵，换能器之间的距离大于10m，由声基阵内的一个换能器向应答器发出测量信号，测量信号经应答器接收后反馈发送至声基阵内所有换能器，得到一个斜距观测值和不同于这个观测值的多个斜距值，系统根据基阵相对船坐标系的固定关系，配以外部传感器观测值，计算得到目标的大地坐标；

S3：超短基线定位：超短基线的所有声单元集中安装在一个收发器中，组成声基阵，声单元之间的相互位置精确测定，组成声基阵坐标系，声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系要在安装时精确测定，通过测定声单元的相位差来确定换能器到目标的方位，包括垂直和水平角度，换能器与目标的距离通过测定声波传播的时间，再用声速剖面修正波束线，确定距离。

优选的，步骤S1中应答器的数量至少设置3个。

优选的，步骤S2中换能器的阵形为三角形或四边形，换能器之间的相互关系预先确定，组成声基阵坐标系。

优选的，步骤S2中外部传感器观测值包括GPS、MRU、Gyro提供的船的位置、姿态、船艏向值。

优选的，步骤S3中声单元至少设置3个。

优选的，步骤S3中声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系包括X轴、Y轴、Z轴偏差和姿态偏差，即声基阵的安装偏差角度：包括横摇、纵摇和水平旋转。

本发明的技术效果和优点：

本发明设立差分北斗基准站以后，可以通过北斗提供实时高精度的空间坐标基准，对于水下跟踪、导航应用，过浮标北斗的单点定位提供的空间坐标即可以实现水下米级定位；水下应答器还可以采集水下压力数据、水下温度数据，并通过宽带水声通讯将数据发送到地面控制中心。

附图说明