一種水下位置基準(zhǔn)布設(shè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航與水聲定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水下位置基準(zhǔn)布設(shè)的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下位置基準(zhǔn)的布設(shè)及其位置的準(zhǔn)確標(biāo)定是水下導(dǎo)航系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，傳統(tǒng)利用 超短基線系統(tǒng)對(duì)單個(gè)水下基準(zhǔn)進(jìn)行布設(shè)，需要對(duì)其絕對(duì)位置進(jìn)行精確標(biāo)定，一般有以下方 法：一是在水面的母船通過(guò)接收到的GPS信息，使用超短基線系統(tǒng)利用其可以測(cè)量方位和 距離的特性，對(duì)水下位置基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定。雖然隨著技術(shù)進(jìn)步超短基線水聲定位系統(tǒng)的定位 精度在不斷提高，但水面母船相對(duì)于深海海底位置基準(zhǔn)較遠(yuǎn)距離的情況下，并且會(huì)受到海 面波浪、海水密度等其它誤差源的影響，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，不太適用于對(duì)水下位置基準(zhǔn)的 高精度標(biāo)定。二是裝載高精度GPS導(dǎo)航設(shè)備的水面母船以水下位置基準(zhǔn)在水面的投影為中 心，以大約應(yīng)答器在水中的深度為半徑進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，在行進(jìn)過(guò)程中不斷與水下位置基準(zhǔn) 應(yīng)答器進(jìn)行通訊，記錄多個(gè)位置點(diǎn)與水下位置基準(zhǔn)的距離，通過(guò)方程組進(jìn)行多次迭代計(jì)算 水下位置基準(zhǔn)的精確位置。其基本原理與GPS或長(zhǎng)基線水聲定位原理相似。此方法相對(duì)精 度較高，但成本較高，過(guò)程繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種水下位置基準(zhǔn)布設(shè)的方法，該方法利用初始 位置精確已知的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)水聲超短基線系統(tǒng)使水下運(yùn)載體對(duì)水下位置基準(zhǔn)進(jìn)行 準(zhǔn)確布設(shè)，并且可同時(shí)對(duì)水下運(yùn)載體自身位置進(jìn)行不斷標(biāo)校的方法。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0005] -種水下位置基準(zhǔn)布設(shè)的方法，具體過(guò)程為：
[0006] 步驟一，在水下載體運(yùn)行的初始位置，對(duì)水下載體上裝載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo) 定；
[0007] 步驟二，待水下載體在水中行進(jìn)設(shè)定時(shí)間或距離后，水下載體開(kāi)始釋放并布設(shè)水 下位置基準(zhǔn)；
[0008] 步驟三，根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)確位置信息，利用水下載體上裝載的超短基 線水聲定位系統(tǒng)，測(cè)得當(dāng)前布設(shè)的水下位置基準(zhǔn)在超短基線基陣坐標(biāo)系中的位置信息；根 據(jù)上述兩位置信息，利用超短基線基陣坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對(duì)水下位置 基準(zhǔn)在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置進(jìn)行標(biāo)定；
[0009] 步驟四，水下載體繼續(xù)在水中行進(jìn)，利用當(dāng)前布設(shè)的位置精確已知的位置基準(zhǔn)與 超短基線水聲定位系統(tǒng)進(jìn)行水聲通信，計(jì)算出水下載體的精確位置信息，利用所述位置信 息對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；
[0010] 步驟五，水下載體投放并布設(shè)新的水下位置基準(zhǔn)，然后重復(fù)步驟三和步驟四，直至 布設(shè)完所有的水下位置基準(zhǔn)為止。
[0011] 進(jìn)一步地，設(shè)慣導(dǎo)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合，超短基線基陣坐標(biāo)系與慣導(dǎo)坐標(biāo)系 不存在失調(diào)角度，只存在線性偏移；根據(jù)水下載體結(jié)構(gòu)圖和超短基線基陣安裝位置可計(jì)算 得出所述線性偏移量；根據(jù)慣性坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣和所述線性偏移量， 計(jì)算出超短基線基陣坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0012] 有益效果
[0013] 第一，本發(fā)明水下載體在水中行進(jìn)的過(guò)程中不斷用已精確標(biāo)定過(guò)的水下位置基 準(zhǔn)，通過(guò)超短基線水聲定位系統(tǒng)對(duì)其自身的慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)校，同時(shí)布設(shè)新的位置基準(zhǔn)，實(shí) 現(xiàn)了水下載體同時(shí)行進(jìn)，同時(shí)進(jìn)行位置基準(zhǔn)布設(shè)，并有效保證定位精度。
[0014] 第二，本發(fā)明的特點(diǎn)在于利用在水下行進(jìn)的載體進(jìn)行位置基準(zhǔn)的布設(shè)，避免了水 面母船攜帶超短基線定位系統(tǒng)對(duì)水下位置基準(zhǔn)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，由于距離過(guò)長(zhǎng)引起的精度不足 問(wèn)題，同時(shí)也有效降低了遠(yuǎn)距離條件下由于海水密度影響造成聲線彎曲給超短基線定位系 統(tǒng)帶來(lái)的誤差問(wèn)題，可使水下運(yùn)載體在進(jìn)行水下位置基準(zhǔn)的布設(shè)，同時(shí)對(duì)自己的準(zhǔn)確位置 進(jìn)行標(biāo)校，極大提高了水下位置基準(zhǔn)布設(shè)過(guò)程中的作業(yè)效率和標(biāo)定精度。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為水下載體布設(shè)水下位置基準(zhǔn)的原理示意圖；
[0016] 圖2為水下載體對(duì)水下位置基準(zhǔn)同時(shí)布設(shè)與導(dǎo)航方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0018] 如圖1-2所示，本發(fā)明一種水下位置基準(zhǔn)布設(shè)的方法，具體過(guò)程為：
[0019] 步驟一，在水下載體運(yùn)行的初始位置，對(duì)水下載體上裝載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行精 確標(biāo)定；建立北-東-地坐標(biāo)系，其初始位置在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置精確已知。
[0020] 步驟二，初始位置精確標(biāo)定以后，水下載體開(kāi)始在水中行進(jìn)，根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤 差隨時(shí)間積累逐漸變大的特性，在保證定位精度的前提下，選擇合適距離，水下載體開(kāi)始釋 放并布設(shè)水下位置基準(zhǔn)；
[0021] 步驟三，根據(jù)水下載體裝載的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的準(zhǔn)確位置信息，利用水下載體 上裝載的超短基線水聲定位系統(tǒng)，測(cè)得超短基線水聲定位系統(tǒng)上基陣與當(dāng)前布設(shè)的水下位 置基準(zhǔn)的斜距和方位角，即測(cè)得當(dāng)前布設(shè)的水下位置基準(zhǔn)在超短基線基陣坐標(biāo)系中的位置 信息，根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置信息和水聲定位系統(tǒng)輸出的位置信息，利用超短基線基陣 坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算出水下位置基準(zhǔn)在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置，實(shí)現(xiàn) 精確的位置標(biāo)定；
[0022] 步驟四，水下載體繼續(xù)在水中行進(jìn)，根據(jù)超短基線水聲定位系統(tǒng)的定位精度范圍， 在保證其高精度定位距離之內(nèi)，利用當(dāng)前布設(shè)的位置精確已知的位置基準(zhǔn)與超短基線基陣 進(jìn)行水聲通信，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理求出水下載體的精確位置信息，利用所求解的位置信息 對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，保證水下載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置精度；
[0023] 步驟五，經(jīng)過(guò)標(biāo)校后的水下載體，其自身位置精確已知，即可投放并布設(shè)新的水下 位置基準(zhǔn)，然后重復(fù)步驟三和步