一种方形超短基线定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114488008A(43)申请公布日2022.05.13(21)申请号202210062225.4(22)申请日2022.01.19(71)申请人中国科学院声学研究所地址100080北京市海淀区北四环西路21号(72)发明人汪伟刘烨瑶李欣国梁涛郭卫振朱敏杨波(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司11401专利代理师皋吉甫(51)Int.Cl.G01S5/18(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图2页(54)发明名称一种方形超短基线定位方法(57)摘要本发明涉及一种方形超短基线定位方法，对超短基线的接收信号进行正交下变频、低通滤波和降采样处理后；再进行包括预波束形成、DFT波束形成、相移波束形成、脉冲压缩、LS‑ESPRIT谱估计、多普勒补偿、声速修正和坐标转换等一系列操作，获得信标在大地坐标系下的位置。本发明的方法作用距离远、定位精度高，避免相位模糊；且在部分阵元失效时性能稳定。CN114488008ACN114488008A权利要求书1/5页1.一种方形超短基线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)对超短基线的接收信号进行正交解调；步骤2)对步骤1)得到的正交解调后的数据进行DFT波束形成或用上一次计算得到的信标的位置进行预波束形成得到信标的初方位角；步骤3)用步骤2)得到的初方位角进行相移波束形成；步骤4)生成本地信号，用本地信号对步骤3)得到的相移波束形成结果进行脉冲压缩；步骤5)对步骤4)得到的脉冲压缩结果与事先设置的门限进行比较，并判断接收信号是否为超短基线定位系统的信号；步骤6)对步骤5)中找到的过门限的峰值附近的数据进行谱估计，获得接收信号与载体坐标系下x、y轴法线的夹角；步骤7)根据步骤5)中找到的过门限的峰值附近的数据计算得到信标的传播时延，根据传播时延及步骤6)得到的夹角计算信标在载体坐标系下的位置；步骤8)根据超短基线阵的姿态信息对步骤7)中得到的信标的位置进行坐标转换，根据声速剖面数据对转换后的位置进行声速修正，得到修正后的位置；步骤9)根据GPS信息将步骤8)中得到的修正后的位置转换为大地坐标系下的位置。2.根据权利要求1所述的方形超短基线定位方法，其特征在于，所述步骤1)包括：步骤1‑1)对超短基线的接收信号s(n)经过10kHz的正交下变频后变成基带信号x1(n)；所述正交下变频过程如下：x1(n)＝s(n)exp{‑j2πfcn/fs}，其中，s(n)为接收信号经采样后的离散信号，fc为接收信号的中心载波频率，fs为采样率；exp{·}为复指数运算，n为采样点数；步骤1‑2)对步骤1‑1)得到的基带信号x1(n)进行低通滤波；所述低通滤波采用M阶低通滤波器对基带信号x1(n)进行滤波，输出信号x2(n)：其中，M表示滤波器的阶数，系数bm表示第m个滤波器系数，M阶滤波器共有M+1个系数，其中0≤m≤M；步骤1‑3)对步骤1‑2)的滤波结果进行8倍抽取；所述抽取的输出信号x3(n1)具体如下：x3(n1)＝x2(8n)，其中n1＝8n。3.根据权利要求2所述的方形超短基线定位方法，其特征在于，所述步骤2)包括：步骤2‑1)根据上一次计算得到的信标的位置进行预波束形成；所述预波束形成具体为当初始预波束形成标识为1时，根据上次超短基线定位的信标在本地坐标系位置信息，获得信标与本地坐标系下坐标原点形成的单位矢量；载体坐标系下x轴的单位矢量经过姿态转换得到在本地坐标系下矢量，其中姿态转换矩阵如下：其中h、p、r分别为超短基线基阵的艏向角、纵倾角、横滚角；超短基线基阵的接收信号与载体坐标系下x轴法线、y轴法线的夹角：2CN114488008A权利要求书2/5页其中xll、yll、zll表示上次定位时信标在本地坐标系下位置，R表示姿态旋转矩阵，表示接收信号与x轴法线、y轴法线的夹角；步骤2‑2)对步骤1‑3)得到的输出信号x3(n1)进行DFT波束形成：所述DFT波束形成具体为当初始预波束形成标识为0，表示需要进行DFT波束形成，搜索初方位；在经过DFT波束形成后将预波束形成标识置为1，预波束形成标识置为1时表示已经获取过初方位，后续获取初方位时，采用步骤2‑1)中预波束形成；在作DFT波束形成时，分别选取超短基线基阵x轴、y轴上6个通道的单点数据作为波束形成的输入信号，根据x轴上输入信号作DFT获取入射信号与x轴法线的夹角，根据y轴上输入信号作DFT获取入射信号与y轴法线的夹角；DFT波束形成的具体公式如下：其中，Aγ、Bη分别为x方向第γ个波束、y方向第η个波束的输出，k为接收通道序号，N为DFT的点数，xx,k、xy,k分别为x方向、y方向的第k个通道的数据，k超过通道总数6时xx,k、xy,k取零；DFT波