一种水下三维地形匹配定位导航声呐及导航方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110907936A(43)申请公布日2020.03.24(21)申请号201911153149.2(22)申请日2019.11.22(71)申请人哈尔滨工程大学地址150000黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号(72)发明人周天沈嘉俊杜伟东彭东东徐超王天昊陈宝伟高嘉琪(74)专利代理机构成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)51241代理人李鹏(51)Int.Cl.G01S15/02(2006.01)G01S7/539(2006.01)G01C21/16(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种水下三维地形匹配定位导航声呐及导航方法(57)摘要本发明公开了一种水下三维地形匹配定位导航声呐，包括控制系统、数据采集处理系统、多通道接收机、多通道稀疏平行接收线阵、多通道信号源、多通道发射机和多通道发射基阵；控制系统的输出端双向连接数据采集处理系统的输入端，数据采集处理系统的输出端分别连接多通道接收机和多通道信号源的输入端，解决了传统声呐地形探测效率低、信息量少、地形匹配的效率与准确率低、无法修正惯导和多普勒计程仪的累计误差，无法提高地形匹配定位导航算法的鲁棒性的问题。CN110907936ACN110907936A权利要求书1/1页1.一种水下三维地形匹配定位导航声呐，其特征在于，包括控制系统(31)、数据采集处理系统(32)、多通道接收机(33)、多通道稀疏平行接收线阵(34)、多通道信号源(35)、多通道发射机(36)和多通道发射基阵(37)；所述控制系统(31)的输出端双向连接数据采集处理系统(32)的输入端，所述数据采集处理系统(32)的输出端分别连接多通道接收机(33)和多通道信号源(35)的输入端，所述多通道信号源(35)的输出端连接多通道发射机(36)的输入端，所述多通道发射机(36)的输出端连接多通道发射基阵(37)的输入端，所述多通道接收机(33)的输出端连接多通道稀疏平行接收线阵(34)的输入端。2.根据权利要求1所述的水下三维地形匹配定位导航声呐，其特征在于，所述多通道稀疏平行接收线阵(34)包括第一均匀间距接收线阵(39)、第二均匀间距接收线阵(40)和第三均匀间距接收线阵(41)；所述第一均匀间距接收线阵(39)、第二均匀间距接收线阵(40)和第三均匀间距接收线阵(41)由等间距的多个接收阵元(38)组成，其间距由水平观测扇面大小决定；两组相邻的平行阵列间距不等，两个间距的比值服从互质关系。3.一种水下三维地形匹配定位导航声呐的导航方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：水下三维地形匹配定位导航声呐数据处理流程；S2：地形匹配处理流程；S3：多源信息融合导航流程。4.根据权利要求3所述水下三维地形匹配定位导航声呐的导航方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：S11：每条接收阵在水平方向上进行波束形成，对垂直于航行方向的发射扇面内的回波进行空间细分接收，得到回波的水平角θ；S12：对相邻接收阵输出的同号波束回波进行相位差求解处理，利用每个样本对应的两组相位差之间的定量关系估计回波的俯仰角ψ；S13：根据声波发射和回波到达之间的时间差估计声呐距目标之间的距离R；S14：根据计算得到的回波的水平角θ、回波的俯仰角ψ和声呐距目标之间的距离R，从而得到目标每个回波样本对应的距离，对于水底的连续回波即能够得到连续的(R、θ、ψ)序列，从而获得连续的三维水下地形；S15：依据步骤S11至S14同样的方法得到水中障碍目标的三维位置信息，为AUV提供避碰依据。5.根据权利要求3所述水下三维地形匹配定位导航声呐的导航方法，其特征在于，所述S2采用了批相关和非线性滤波相结合的算法，当声呐载体当前定位误差较大时，批相关用以迅速捕获当前地理区域，为非线性滤波连续输出地理位置信息跟踪导航缩小搜索空间，提高搜索效率，进而结合粒子滤波等非线性滤波方法跟踪修正位置、速度等导航信息。2CN110907936A说明书1/4页一种水下三维地形匹配定位导航声呐及导航方法技术领域[0001]本发明涉及海洋工程技术设备领域，特别是一种水下三维地形匹配定位导航声呐及导航方法。背景技术[0002]AUV等水下无人平台是未来的应用热点，自主定位导航能力是保证其到达指定地点顺利完成任务的前提。为了保持隐蔽性，其往往不能接收到水面及地上空间成熟应用的卫星定位系统信号。目前主流的水下定位导航方法是将惯导和多普勒计程仪信息相结合，但存在着累计误差；水下地形、磁场及重力场等地球物理属性一般不随时间和气候的变化而变化，也难以伪装和隐藏，因此近年来利用这些地球物理属性的匹配定位导航方法得到了人们的重视，成为了解决水下长航时精确定位导航的有效辅助手段之一。[0003