一种适用于水下垂向运动目标的长基线水声定位方法

• 作者: 孙翱 张旭 辛健 韩旭
• 来源期刊: 南京大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 关键词: 长基线定位 水下垂向运动目标 测量阵 精度分析
• 年，卷（期）: 2017,（4）
• 页码范围: 629-637
• 页数: 9页
• 分类号: TJ760.6
• 字数: 5446字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13232/j.cnki.jnju.2017.04.002

摘要

水下垂向运动航行体具有速度快、历时短、工况复杂等特点,其运动轨迹的高精度测量一直是工程上的瓶颈问题.针对此类工况提出了一种有合作目标条件下的长基线水声定位测量方法,测量模型基于多元测距体制建立,以合作声信标的性能为约束条件,通过一阶展开将非线性方程组的最优估计问题转化为超定线性方程组的最小二乘估计问题,并采用牛顿迭代法进行数值求解.通过仿真分析得出了多个共面海底阵元和单个海面浮体阵元构成的测量阵的误差分布规律,并对有限区域内三种典型阵元构型方案进行了比对.计算结果表明,测量阵水平方向定位精度明显优于垂直方向,6元阵,8元阵和15元阵在阵内水平方向标准差量级分别为0.5 m,0.3 m和0.2 m,垂直方向标准差量级分别为3.5 m,1.5 m和1.0m,阵外水平方向标准差优于0.3 m区域相对于阵内区域的比值约为0.3~1.9,阵外垂直方向标准差优于1.5 m区域相对于阵内区域的比值约为0.2~1.1.理论分析和仿真结果表明,该方法能够有效建立复杂工况下测试区域精度分布对基阵构型、数量变化的响应关系,可为相关测量系统的设计和测试方案的制定提供参考.从测试需要和工程实现两方面因素考虑,三种阵元构型中呈"XX"型分布的8元阵是一种相对合理的方案.