定位方法、装置、系统及计算机存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种定位方法，应用于水声通信系统，水声通信系统包括：水面节点和水下；该方法包括：接收水面节点发射的定位导航电文并记录接收到定位导航电文的本地时钟时间；判断是否接收到至少4个水面节点的定位导航电文；当判断接收到至少4个水面节点的定位导航电文时，采用静默定位方式定位；当判断没有接收到至少4个所述水面节点的定位导航信息时，发送请求定位电文至水下节点通过请求应答定位方式或混合定位方式来进行定位。该定位方法可有效节省设备成本和布放成本，简化水下通讯节点与导航网络的复杂性；设备简单可靠，兼顾了导航便利性、定位准确性，减少了节点和设备的能量损耗。

【技术实现步骤摘要】
定位方法、装置、系统及计算机存储介质
本专利技术属于水声通信定位
，具体涉及定位方法、装置、系统及计算机存储介质。
技术介绍
随着人类海洋开发活动的扩展和深入，各种水下作业对水下移动节点的通信、定位和导航的需求越来越广泛和急切。虽然在陆地上的通信和定位导航，国内外已经可以利用基站或者卫星轻松地实现，但由于水下环境水声传播介质的特性和复杂程度，水下通信和定位还面临着许多技术难点。导致水下节点的布放和回收十分复杂，成本昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种定位方法、装置、系统及计算机存储介质，用于克服现有技术中的缺点。具体的，本专利技术提出了以下具体的实施例：本专利技术实施例提供了一种定位方法，应用于水声通信系统，所述水声通信系统包括：水面节点和水下节点；该方法包括：接收水面节点发射的定位导航电文并记录接收到所述定位导航电文的本地时钟时间；所述定位导航电文包括：三维坐标位置信息和发射时间；判断是否接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文；当判断接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文时，根据所述水面节点的三维坐标位置信息和发射时间以及接收到所述水面节点的本地时钟时间，采用静默定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断没有接收到至少4个所述水面节点的定位导航信息时，发送请求定位电文至水下节点并记录发送所述请求定位电文的本地时钟时间；接收水下节点回复的定位导航应答电文并记录接收所述定位导航应答电文的本地时钟时间；所述定位导航应答电文包括：三维坐标位置信息和应答时间；当判断接收到至少3个水下节点回复的定位导航应答电文时，采用请求应答定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断接收到1个水下节点回复的定位导航应答电文以及接收到3个水面节点的定位导航电文时，采用混合定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述静默定位方式采用如下计算公式：δtli＝tl-tli，wi＝ti+δtli，(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2＝v2(t-wi)2；其中：(xi,yi,zi)为第i个水面节点发射的定位导航电文的三维坐标位置信息；ti为第i个水面节点发射的定位导航电文的发射时间；tli为待测目标接收到第i个水面节点的定位导航电文的本地时钟时间；t为待测目标的系统同步时钟时间；tl为待测目标的本地时钟时间；δtli为待测目标计算定位时tl与接受到第i个水面节点时间tli的时间差；wi为待测目标计算定位时第i个水面节点发射电文的修正时间；(x,y,z)为待测目标的三维坐标位置信息；v是水声速度。作为上述技术方案的进一步改进，所述请求应答定位方式采用如下计算公式：Ri＝v((tri-tsi)-γti)/2其中：(xi,yi,zi)为第i个水下节点回复的定位导航应答电文的三维坐标位置信息；ti为第i个水下节点回复的定位导航应答电文的应答时间；tsi为待测目标给第i个水下节点发送请求定位电文的本地时钟时间；tri为待测目标接收到第i个水下节点回复的定位导航应答电文的本地时钟时间；γti为水下节点发送定位信息的系统延时；t为待测目标的系统同步时钟时间；Ri为第i个水下节点与待测目标的距离；(x,y,z)为待测目标的三维坐标位置信息；v是水声速度。作为上述技术方案的进一步改进，所述混合定位方式采用如下计算公式：其中：(xi,yi,zi)为第i个水面节点发射的定位导航电文的三维坐标位置信息；t为待测目标的系统同步时钟时间；ti为第i个水面节点发射的定位导航电文的发射时间；t4为水下节点回复的定位导航应答电文的应答时间；ts为待测目标给水下节点发送请求定位电文的本地时钟时间；tr为待测目标接收到水下节点回复的定位导航应答电文的本地时钟时间；γt4为水下节点发送定位信息的系统延时；(x,y,z)为待测目标的三维坐标位置信息；v是水声速度。作为上述技术方案的进一步改进，所述水面节点采用浮标设置在水面，所述水面节点通过定位导航卫星获取三维坐标位置信息和时间信息。作为上述技术方案的进一步改进，所述水下节点采用潜标设置在水下，所述水下节点通过水面节点与自主式水下潜器进行校准来获取三维坐标位置信息和时间信息。作为上述技术方案的进一步改进，待测目标利用同步时钟时间更新本地时钟时间。本专利技术实施例还提供了一种定位装置，应用于水声通信系统，所述水声通信系统包括：水面节点和水下节点；该定位装置包括：接收记录模块，用于接收水面节点发射的定位导航电文并记录接收到所述定位导航电文的本地时钟时间；所述定位导航电文包括：三维坐标位置信息和发射时间；发送记录模块，用于发送请求定位电文至水下节点并记录发送所述请求定位电文的本地时钟时间；应答记录模块，用于接收水下节点回复的定位导航应答电文并记录接收所述定位导航应答电文的本地时钟时间；所述定位导航应答电文包括：三维坐标位置信息和应答时间；判断处理模块，用于判断是否接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文；还用于判断是否接收到至少3个水下节点回复的定位导航应答电文；还用于判断是否接收到1个水下节点回复的定位导航应答电文以及接收到3个水面节点的定位导航电文；计算确定模块，用于所述判断处理模块判断接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文时，根据所述水面节点的三维坐标位置信息和发射时间以及接收到所述水面节点的本地时钟时间，采用静默定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；还用于所述判断处理模块判断接收到至少3个水下节点回复的定位导航应答电文时，采用请求应答定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；还用于所述判断处理模块判断接收到1个水下节点回复的定位导航应答电文以及接收到3个水面节点的定位导航电文时，采用混合定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述水面节点采用浮标设置在水面，所述水面节点通过定位导航卫星获取三维坐标位置信息和时间信息；所述水下节点采用潜标设置在水下，所述水下节点通过水面节点与自主式水下潜器进行校准来获取三维坐标位置信息和时间信息。本专利技术实施例提供了一种定位系统，包括：水面节点、水下节点以及上述定位装置。本专利技术实施例提供了一种计算机存储介质，其存储有上述定位方法所使用的计算机程序。采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：在一套水声硬件设备上，实现水声测距定位和水声通信一体化可以有效节省设备成本和布放成本，简化水下通讯节点与导航网络的复杂性。设备简单可靠，测距定位融合了同步测距与非同步测距技术，兼顾了导航的便利性、定位的准确性，减少了水下节点和设备的能量损耗。优先接收水面节点的定位导航电文进行定位，当通过水面节点定位不能完成时，可结合水下节点来完成定位。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为定位方法的流程示意图；图2为定位装置的结构示意图；图3为定位系统的交互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种定位方法，应用于水声通信系统，所述水声通信系统包括：水面节点和水下节点；其特征在于，该方法包括：接收水面节点发射的定位导航电文并记录接收到所述定位导航电文的本地时钟时间；所述定位导航电文包括：三维坐标位置信息和发射时间；判断是否接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文；当判断接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文时，根据所述水面节点的三维坐标位置信息和发射时间以及接收到所述水面节点的本地时钟时间，采用静默定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断没有接收到至少4个所述水面节点的定位导航信息时，发送请求定位电文至水下节点并记录发送所述请求定位电文的本地时钟时间；接收水下节点回复的定位导航应答电文并记录接收所述定位导航应答电文的本地时钟时间；所述定位导航应答电文包括：三维坐标位置信息和应答时间；当判断接收到至少3个水下节点回复的定位导航应答电文时，采用请求应答定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断接收到1个水下节点回复的定位导航应答电文以及接收到3个水面节点的定位导航电文时，采用混合定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间。...

【技术特征摘要】
1.一种定位方法，应用于水声通信系统，所述水声通信系统包括：水面节点和水下节点；其特征在于，该方法包括：接收水面节点发射的定位导航电文并记录接收到所述定位导航电文的本地时钟时间；所述定位导航电文包括：三维坐标位置信息和发射时间；判断是否接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文；当判断接收到至少4个所述水面节点的定位导航电文时，根据所述水面节点的三维坐标位置信息和发射时间以及接收到所述水面节点的本地时钟时间，采用静默定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断没有接收到至少4个所述水面节点的定位导航信息时，发送请求定位电文至水下节点并记录发送所述请求定位电文的本地时钟时间；接收水下节点回复的定位导航应答电文并记录接收所述定位导航应答电文的本地时钟时间；所述定位导航应答电文包括：三维坐标位置信息和应答时间；当判断接收到至少3个水下节点回复的定位导航应答电文时，采用请求应答定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间；当判断接收到1个水下节点回复的定位导航应答电文以及接收到3个水面节点的定位导航电文时，采用混合定位方式确定待测目标自身的三维坐标位置信息和同步时钟时间。2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述静默定位方式采用如下计算公式：δtli＝tl-tli，wi＝ti+δtli，(x-xi)2+(y-yi)2+(z-zi)2＝v2(t-wi)2；其中：(xi,yi,zi)为第i个水面节点发射的定位导航电文的三维坐标位置信息；ti为第i个水面节点发射的定位导航电文的发射时间；tli为待测目标接收到第i个水面节点的定位导航电文的本地时钟时间；t为待测目标的系统同步时钟时间；tl为待测目标的本地时钟时间；δtli为待测目标计算定位时tl与接受到第i个水面节点时间tli的时间差；wi为待测目标计算定位时第i个水面节点发射电文的修正时间；(x,y,z)为待测目标的三维坐标位置信息；v是水声速度。3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述请求应答定位方式采用如下计算公式：Ri＝v((tri-tsi)-γti)/2其中：(xi,yi,zi)为第i个水下节点回复的定位导航应答电文的三维坐标位置信息；ti为第i个水下节点回复的定位导航应答电文的应答时间；tsi为待测目标给第i个水下节点发送请求定位电文的本地时钟时间；tri为待测目标接收到第i个水下节点回复的定位导航应答电文的本地时钟时间；γti为水下节点发送定位信息的系统延时；t为待测目标的系统同步时钟时间；Ri为第i个水下节点与待测目标的距离；(x,y,z)为待测目标的三维坐标位置信息；v是水声速度。4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述混合定位方式采用如下计算公式：其中：(xi,yi,zi)为第i个水面节点发射的定位导航电文的...

【专利技术属性】
技术研发人员：范世杰，
申请(专利权)人：深圳市朗信浩通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44