[发明专利]一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统及定位方法

权利要求书

1.一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，其特征在于：

该定位系统包括逆超短基线圆柱阵、应答器、捷联惯导系统和多普勒计程仪；

逆超短基线圆柱阵安装在水下移动载体的底部或者顶端，为五元十字阵，由四个接收水听器和一个发射换能器组成；

应答器安装在海底基站或水面母船底部；

捷联惯导系统安装在水下移动目标载体上，用于获得包括速度、姿态在内的信息；

多普勒计程仪安装在水下移动载体上，获得水下载体相对于海底的速度信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，其特征在于：

逆超短基线圆柱阵中的四个水听器两两为一组，第一组均匀分布在圆柱阵上平面的圆环上，第二组均匀分布在圆柱阵下平面的圆环上；发射换能器位于圆柱阵上平面水听器所在圆环的圆心处。

3.根据权利要求2所述的一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，其特征在于：第一组两个水听器的连线与第二组两个水听器的连线在空间中呈垂直分布。

4.根据权利要求1所述的一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，其特征在于：姿态信息包括航向角、纵倾角、横摇角。

5.根据权利要求1所述的一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，其特征在于：所述逆超短基线圆柱阵和应答器均集成有压力传感器。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述定位系统的定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在5000m作用距离、1000m深度范围内，应答器接收一次声学信号唤醒之后按预先设定的时间间隔发射声信号；应答器发射的声信号为复杂宽带编码信号；

(2)逆超短基线圆柱阵上的四个接收水听器接收所述应答器发射的复杂宽带编码信号，通过宽带编码信号的多普勒补偿与正交解调技术，计算应答器相对圆柱阵的方位角信息；

(3)分别根据压力传感器获得逆超短基线圆柱阵和应答器的深度信息，从而得到逆超短基线圆柱阵和应答器的深度差信息；

(4)根据步骤(2)获得的方位角信息和步骤(3)获得的深度差信息，通过几何关系获得所述圆柱阵的相对位置信息，实现免询问快速定位功能；

(5)根据水下移动目标载体上的捷联惯导系统获得速度、姿态信息；

(6)根据水下移动目标载体上的多普勒计程仪获得水下载体相对于海底的速度信息；

(7)利用卡尔曼滤波器融合步骤(4)获得的相对位置信息、步骤(5)获得的速度及姿态信息和步骤(6)获得的相对速度信息，然后经过航位推算实现对水下移动目标载体的精确定位。

7.根据权利要求6所述定位方法，其特征在于：所述步骤(4)得到圆柱阵的相对位置信息后，还包括对相对位置信息进行修正的步骤，以提高逆超短基线在复杂浅海环境中的水下定位精度。

8.根据权利要求7所述定位方法，其特征在于：具修正的步骤具体包括：

a)根据海洋环境效应分析结果及其环境自适应处理技术，抑制折射、反射、散射等现象引起的不良影响；

b)根据复杂宽带编码信号进行多途信道估计；

c)根据RAKE接收、时间反转原理提高逆超短基线的水声信道适应能力。

9.根据权利要求6所述定位方法，其特征在于：步骤(2)中的方位角信息包括水平角和俯仰角。