[发明专利]一种海底声学应答器的定位方法及装置

权利要求书

1.一种海底声学应答器的定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：

1)获取GNSS观测数据、船体姿态角观测数据、声速剖面数据、船底换能器与海底声学应答器之间的往返时间以及船底换能器和海底声学应答器所在的深度数据；

2)构建包含海面水下联合观测方程和深度约束方程的定位模型，其中深度约束方程为，d＝DδX，d为约束方程的自由项向量，D为约束方程系数矩阵；δX为待估状态参数向量；

3)根据步骤1)中实时获取的数据，通过滤波算法求解所述定位模型，确定待估状态参数向量，实现对海底声学应答器的定位；

其中，待估状态参数包括测量船三维坐标、海底声学应答器三维坐标、3种姿态角参数、接收机钟差参数、系统间时间偏差参数、对流层延迟湿分量参数和模糊度参数；

其中，联合观测方程包含伪距观测方程、载波相位观测方程、基准转换方程和水下声学观测方程；

所述的联合观测方程为：

其中下标sat,vessel,t,p分别表示卫星、测量船、换能器和声学应答器；P,Φ,ρ表示进行了消电离层线性组合后的伪距和载波相位观测量以及声学信号测量得到的由船底换能器至海底声学应答器的距离；X表示三维坐标向量；f(*,*)表示根据两种坐标计算的几何距离；c表示真空中的光速；表示吸收了伪距硬件延迟偏差的等效接收机钟差参数；T_ZWD表示已经投影到传播路径上的对流层延迟湿分量；ε_P,ε_Φ,ε分别表示消电离层组合后伪距、载波相位观测噪声以及声学定位中其它未模型化误差；λ,分别表示消电离层组合后的组合波长和包含了伪距及载波相位硬件延迟偏差的等效模糊度参数；δρ_d表示声学信号因时间延迟引起的系统误差；δρ_v表示由声速结构的时空变化引起的系统误差；R表示船体姿态角观测信息构成的基准转换矩阵；ΔX_{(天线中心,换能器中心)}表示船体坐标系下GNSS天线中心与换能器中心的相对位移向量。

2.根据权利要求1所述的海底声学应答器的定位方法，其特征在于，所述步骤3)中的滤波算法采用约束卡尔曼滤波算法实现。

3.根据权利要求2所述的海底声学应答器的定位方法，其特征在于，在采用约束卡尔曼滤波算法进行求解时需根据各参数的自适应因子对参与约束卡尔曼滤波算法解算的预报向量权值进行调整，GNSS天线中心坐标参数、海底声学应答器参数和船体姿态角参数借助参数异常判别统计量进行阈值判断以确定其自适应因子。

4.根据权利要求3所述的海底声学应答器的定位方法，其特征在于，所述的参数异常判别统计量采用预报残差统计量形式或者方差分量比统计量形式。

5.根据权利要求1所述的海底声学应答器的定位方法，其特征在于，该方法还包括对步骤1)中获取的数据进行包括粗差剔除、时间配准的预处理步骤。

6.根据权利要求5所述的海底声学应答器的定位方法，其特征在于，所述的预处理包括以下步骤：

1)剔除GNSS观测数据、船体姿态观测数据中的粗差数据；

2)对声速剖面数据进行等梯度分层；

3)对GNSS观测数据、船体姿态观测数据、船底换能器与海底声学应答器之间的往返时间以及船底和海底声学应答器处的深度数据进行观测历元的匹配统一。

7.一种海底声学应答器的定位装置，其特征在于，该定位装置包括存储器和处理器，以及存储在所述存储器上并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器与所述存储器相耦合，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6中任一项所述的海底声学应答器的定位方法。