[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

说明书

本发明涉及水下目标定位技术领域，具体涉及的是一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统及定位方法。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。本发明的系统在定位工作过程中无需时间同步，无需询问，大大简化了水下移动目标的定位过程，可以满足定位系统自主性、自适应、智能化、低功耗等要求。

技术领域

本发明涉及水下目标定位技术领域，具体涉及的是一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统及定位方法。

背景技术

海洋声学技术在水下目标探测、ROV导航、AUV作业、拖曳跟踪、资源勘探等领域一直发挥着重要作用，并且声波是水下设备进行远距离通信、定位、导航的唯一介质。

水下声学定位系统及方法的研究是海洋装备开发不可逾越的障碍，现有的声学定位系统主要有长基线定位系统、短基线定位系统、超短基线定位系统三种。

长基线和短基线定位系统相对于超短基线定位系统来说，虽然定位精度高，但是布放和校正复杂、耗时多、缺乏灵活性。

超短基线定位系统的特点则是安装方便、操作简单、成本低廉、精度高，非常适用于水下目标的定位、跟踪、导航和通信。

传统的超短基线定位系统的声收发器(坐标已知)安装在水面母船上，用于跟踪定位水下移动载体，水下移动载体上安装应答器(坐标未知)。水面声收发器询问应答器，应答器应答，声收发器通过测量声波往返时间确定斜距，通过测量应答器信号的相位差确定方位角，从而完成水下移动载体的跟踪与定位，可以人为干预与控制。

由于超短基线定位系统需要时间同步及询问，因此，针对水下移动目标的定位过程比较复杂，不利于定位的智能化低功耗要求的实现。

发明内容

本发明的目的在于针对目前水下声学定位系统所在的不足，提供一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，这种系统是一种免询问实时的基于逆超短基线的圆柱阵定位系统。同时还针对该系统提供了一种相应的定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于逆超短基线的圆柱阵定位系统，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。

传统的超短基线定位系统的声收发器(坐标已知)安装在水面母船上，用于跟踪定位水下移动载体，水下移动载体上安装应答器(坐标未知)；水面声收发器询问应答器，应答器应答，声收发器通过测量声波往返时间确定斜距，通过测量应答器信号的相位差确定方位角，从而完成水下移动载体的跟踪与定位，可以人为干预与控制。

而本申请中的逆超短基线声收发器(坐标未知)安装在水下移动载体上，用于自主跟踪定位应答，自主引导水下移动载体的运动。

应答器一般安装在海底基站、水面母船或其他平台载体上。此种用法的声收发器与应答器安装位置刚好与常规的超短基线反过来，故谓之“逆”超短基线。原则上，无需人为干预，但必要时可由母船通过水声通信进行人为控制。

进一步的，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。