[发明专利]一种用于水下直升机的定位巡航系统及其工作方法

权利要求书

1.一种用于水下直升机的定位巡航系统，其特征在于，包括安装在水下直升机上的捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统和滤波系统；

所述的捷联惯性导航系统用于获取水下直升机的三维速度、位置和姿态信息；所述的多普勒计程仪测速系统用于测量水下直升机的绝对速度；所述的捷联惯性导航系统包括惯性测量模块、磁强计和计算机解算模块；其中，所述的惯性测量模块通过陀螺仪和加速度计测量出水下直升机相对于海底空间的角速度和加速度；所述的磁强计用于测量地磁场的大小和方向；所述的计算机解算模块用于计算惯性测量模块与磁强计测量的结果，得到水下直升机的三维速度、位置和姿态信息；

所述的逆超短基线定位系统用于进行定位导航，包括复杂宽带编码的多普勒补偿模块、多源伺服时间同步免询问定位模块、多传感器信息融合免校准定位模块和多用户兼容水下自组网定位模块；所述逆超短基线定位系统在进行定位导航时，逆超短基线定位系统的多元阵列在接收信号后，使用基于希尔伯特相位检测的dCv算法实现多径信号混叠情况下的目标DOA估计，具体包括：直达信号混叠多径信号后导致相位突变，对用于定位的多元阵列接收到的多通道信号进行相位检测，计算出每个阵元接收到的信号相对于参考信号的相位差，再根据得到的阵元之间的相位差计算目标回波信号的方向角，从而实现DOA估计；实现多径信号混叠情况下的目标DOA估计的计算过程如下：

(1)假设接收信号为x₁，参考信号为x₂，

x₁＝Asin(2πft+θ₁(t))

x₂＝Asin(2πft+θ₂(t))

式中，f为频率，θ₁(t)为信号x₁的相位，θ₂(t)为信号x₂的相位；

(2)对x₁，x₂分别做希尔伯特变换得到y₁，y₂；

(3)令待测信号x₁乘以信号y₂得到z₁，令待测信号x₂乘以信号y₁得到z₂；

z₁＝x₁*y₂＝-Asin(2πft+θ₁(t))*Acos(2πft+θ₂(t))

z₂＝x₂*y₁＝-Asin(2πft+θ₂(t))*Acos(2πft+θ₁(t))

z＝z₁-z₂＝A²sin(θ₂(t)-θ₁(t))

其中，θ₂(t)-θ₁(t)为待测信号的相位差；

(4)将x₁和x₂、y₁和y₂两两相乘，得到

r₁＝x₁*x₂＝Asin(2πft+θ₁(t))*Asin(2πft+θ₂(t))

r₂＝y₁*y₂＝-Acos(2πft+θ₁(t))*Acos(2πft+θ₂(t))

r＝r₁+r₂＝A²cos(θ₂(t)-θ₁(t))

(5)将步骤(3)和(4)中的公式相除并化简，即可得到相位差

(6)由此得到各个阵元接收信号的相位差，根据相位差进行波束形成定位，即可得到目标信号的方向；

所述复杂宽带编码的多普勒补偿模块用于对宽带编码信号的时域波形进行精确跟踪、精细补偿、匹配滤波处理得到理想的相关性，改善水下测距精度；所述的多源伺服时间同步免询问定位模块通过卫星授时、微型原子钟、恒温晶振的协同融合实现水下高精度时间同步；所述的多传感器信息融合免校准定位模块用于融合声学与惯导信息，提高逆超短基线的适用性；所述的多用户兼容水下自组网定位模块用于兼容多个水下直升机或应答器；

所述的滤波系统用于对捷联惯性导航系统、多普勒计程仪测速系统、逆超短基线定位系统输出的信号进行处理，提高导航精度。