基于泰勒展开的初始掠射角求解方法、声线弯曲修正方法和设备.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CN110297250A(43)申请公布日2019.10.01(21)申请号201910521054.5(22)申请日2019.06.17(71)申请人东南大学地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号(72)发明人徐晓苏金博楠张涛李瑶姚逸卿(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人李淑静(51)Int.Cl.G01S15/66(2006.01)G01S15/74(2006.01)G01S7/52(2006.01)G01S3/80(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称基于泰勒展开的初始掠射角求解方法、声线弯曲修正方法和设备(57)摘要本发明公开了一种基于泰勒展开的初始掠射角求解方法、声线弯曲修正方法和设备，其主要目的在于解决在声线弯曲影响下，采用声线跟踪法校正测距误差时无法准确获知初始掠射角，而导致的斜距测量误差增大的问题。方法主要步骤包括：采用加权平均声速估算斜距、计算初始掠射角初值、根据等梯度声线跟踪法计算时延偏差、建立泰勒展开的声线跟踪校正模型、校正初始掠射角、判断收敛条件执行迭代步骤、修正声线。本发明可以快速精确地计算初始掠射角确定最短本征声线，解决水面水下水声定位设备精确测距问题。相比于目前采用的搜索跟踪方法，本发明缩小了搜索范围，提高了搜索分辨率，显著地改善了搜索时间和精度，简单高效，适用于水下探测和定位。CN110297250ACN110297250A权利要求书1/2页1.一种基于泰勒展开的初始掠射角求解方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)根据声速剖面c(z)、测量时延t、应答器深度H，由三角原理预估初始掠射角θ0，取与初始掠射角θ0互余的折射角的正弦Θ0为迭代初值；(2)根据迭代初值利用等梯度声线跟踪法求取水平距离和估计时延(3)计算时延偏差将等梯度声线跟踪公式在初值处泰勒展开，根据时延偏差计算正弦增量并更新初值；(4)重复步骤2-3，直到满足迭代结束条件时结束迭代，根据此时的正弦值Θ0得到最终的初始掠射角θ0＝arccosΘ0。2.根据权利要求1所述的基于泰勒展开的初始掠射角求解方法，其特征在于，所述步骤1包括：(11)根据声速剖面数据和应答器深度计算加权平均声速：其中ci＝c(zi)表示声速剖面各层的声速值，zm<H<zm+1，Δzi＝zi+1-zi是层高，且有(12)测得时延为t，根据三角原理算得折射角的正弦为：(13)因为掠射角和折射角互余，折射角的正弦遵循snell定律，p是常数：所以用Θ表示折射角的正弦，初始掠射角θ0＝arccosΘ0，用Θ0作为初值。3.根据权利要求2所述的基于泰勒展开的初始掠射角求解方法，其特征在于，所述步骤2中由初始掠射角估计出水平距离和时延的计算公式如下：式中μi＝ci/c0，c0＝c1-g1Δz0为表层声速，cm+1＝cm+gmΔzm为底层声速，gi为各层的声速梯度，gi＝(ci+1-ci)/(zi+1-zi)。4.根据权利要求3所述的基于泰勒展开的初始掠射角求解方法，其特征在于，所述步骤3包括：2CN110297250A权利要求书2/2页(31)当Θ0＞0时，将等梯度声线跟踪公式在初始值处泰勒展开：其中是高阶无穷小，将其忽略；(32)得到Θ0的增量：(33)更新初值：Θ0＝Θ0+dΘ0，且满足0＜Θ0＜Θmax，其中是声线发生全反射的临界值。5.根据权利要求1所述的基于泰勒展开的初始掠射角求解方法，其特征在于，所述迭代结束条件为时延偏差低于指定阈值或迭代次数达到指定次数。6.一种声线弯曲修正方法，其特征在于，所述方法根据权利要求1-5中的任一项所述的初始掠射角求解方法得到初始掠射角，基于初始掠射角根据等梯度声线跟踪方法求得水平距离，再根据勾股定理得到斜距。7.一种计算机设备，其特征在于，所述设备包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中的任一项所述的方法。8.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-5中的任一项所述的方法。3CN110297250A说明书1/6页基于泰勒展开的初始掠射角求解方法、声线弯曲修正方法和设备技术领域[0001]本发明属于水声探测和定位技术领域，具体涉及一种用于声线跟踪的初始掠射角求解方法、声线弯曲修正方法和设备。背景技术[0002]水下探测和定位都用到测距，通过斜距确定几何位置。声信号在水下传播时，受到不同的盐度、温度、深度和压力，其传播速度也各不相同。不同的声速导致声波在水中不再按照直线传播，从剖面看，发射源到水