[发明专利]一种海底声学应答器的定位方法及装置

说明书

本发明涉及一种海底声学应答器的定位方法及装置，属于水声定位技术领域。本发明通过GNSS观测数据、船体姿态角观测数据、声速剖面数据、水下声学信号往返时间和水深数据，根据建立的包含船底换能器与海底声学应答器之间的深度差约束的定位模型，不需要求解中间量就可以快速、准确地实现对海底声学应答器的定位，不仅简化了数据处理流程，而且保证了海底控制点定位结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种海底声学应答器的定位方法及装置，属于水声定位技术领域。

背景技术

21世纪是海洋世纪，作为一切海洋活动的重要基础工作，其关键就是要建立精确的海洋大地测量控制网，声波是目前唯一能在海洋中远距离传播的波动形式，结合搭载GNSS系统的走航测量船，是近年来海底控制点定位中应用最广泛的方式。

常规数据处理流程将海面动态定位过程与水下声学定位过程独立分开，先得到海面GNSS天线坐标，再通过基准改化得到船底换能器坐标，最后通过水下定位得到海底声学应答器绝对坐标。这样多步求解的技术方法至少有几点不足：一是计算步骤繁琐，需要将测量船坐标作为中间量解出，增加了工作量；二是常规方法无法避免由于实际噪声环境造成的模型失真，自适应调节能力差，精度受限；三是多源观测信息函数模型不统一，无法满足未来综合定位、导航与授时(PNT)服务的发展需求。针对上述问题，名称为《自适应选权滤波在GNSS/声学定位模型中的应用》(2017年12月/邝英才)公开了一种实现海底声学应答器的定位方法，该方法提出了在同一数学模型中，将海面动态定位与水下声学定位整合并通过自适应滤波的方式进行解算，实现对海底声学应答器的定位。该方案虽然能够快速实现对海底声学应答器的定位，但是该方案没有考虑海面定位结果与换能器的基准转换问题，且没有考虑深度约束以控制声速变化在垂直方向造成的误差影响，所建的模型与实际情况不符，导致对海底声学应答器的定位不准。

发明内容

本发明的目的是提供一种海底声学应答器的定位方法及装置，以解决目前海底声学应答器定位不准确的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种海底声学应答器的定位方法，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。

本发明还提供了一种海底声学应答器的定位装置，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本发明的海底声学应答器的定位方法。

本发明通过GNSS观测数据、船体姿态角观测数据、声速剖面数据、水下声学信号往返时间和水深数据，根据建立的包含船底换能器与海底声学应答器之间的深度差约束的定位模型，不需要求解中间量就可以快速、准确地实现对海底声学应答器的定位，不仅简化了数据处理流程，而且保证了海底控制点定位结果的可靠性。

进一步地，为实现对海面动态定位、基准转换和水下定位过程的准确描述，所述的联合观测方程为：