超短基线定位方法、装置、电子设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供的超短基线定位方法、装置、电子设备及存储介质，包括，接收携带有待定位信标的信标标识的定位指令，在预设时间段内触发USBL基阵向信标标识对应的待定位信标发送定位信号，接收待定位信标发送的针对定位信号的回传信号，在主控模块检测出状态信息为动态状态信息，基于GPS模块定位出的定位信息和USBL基阵根据回传信号携带的回传信息确定出的相对位置信息进一步确定待定位信标的USBL定位结果。由于本申请超短基线定位方法所适用的浮标中无需部署姿态传感器，仅利用主控模块、GPS模块和USBL基阵便能对待定位信标进行精准水中定位，大大节省了定位成本，有利于大面积地作为定位节点进行布放。面积地作为定位节点进行布放。面积地作为定位节点进行布放。

【技术实现步骤摘要】
超短基线定位方法、装置、电子设备及存储介质


[0001]本专利技术实施例涉及水下定位
，尤其涉及一种超短基线定位方法、装置、电子设备及存储介质。

技术介绍

[0002]近年来，随着陆地能源的匮乏以及各国对海洋领域的大力发展，水下传感器节点获得了越来越多的关注。作为代替人类，实现深远海探测的水下传感器节点携带着摄像机、声呐、温盐深传感器、海流计等，开展着越来越多，且越来越复杂的海洋探测任务。
[0003]水下物联网(IoUT，Internet of Underwater Things)通过有线/无线的方式为水下节点与水面节点的交互提供了强有力的通信支持和全局定位支持，提高了采集数据的有效性。和陆地不同，水下通过声学进行定位，定位距离一般在几公里以内，因此在IoUT中，要实现为所有任务节点提供定位服务，需要部署大量的可提供定位服务的定位节点。
[0004]IoUT中常见的定位节点为浮标基超短基线(USBL，Ultra
‑
Short Baseline)，虽然USBL可以适用于IoUT，但是其定位精度和其携带的姿态传感器精度直接相关，高精度的姿态传感器占USBL总成本的50％以上，不利于大面积地作为定位节点进行布放。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供一种超短基线定位方法、装置、电子设备及存储介质，该超短基线定位方法所适用的浮标中无需部署姿态传感器，便能精确实现水中定位，大大节省了定位成本，有利于大面积地作为定位节点进行布放。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种超短基线定位方法，其中，该方法适用于浮标，浮标包括主控模块、GPS模块和USBL基阵；该方法包括：
[0007]接收针对待定位信标的定位指令，定位指令中携带有待定位信标的信标标识；
[0008]在预设时间段内触发USBL基阵向信标标识对应的待定位信标发送定位信号，接收待定位信标发送的针对定位信号的回传信号，并将回传信号携带的待定位信标的状态信息，以及待定位信标接收定位信号的接收时间发送至主控模块，回传信号还携带有回传信息；
[0009]获取GPS模块发送的定位信息；其中，GPS模块在接收时间对浮标进行定位得到定位信息；
[0010]如果检测出状态信息为动态状态信息，触发USBL基阵基于回传信息确定待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息，并将相对位置信息发送至主控模块；
[0011]基于定位信息和相对位置信息确定待定位信标的USBL定位结果。
[0012]在一个可能的实施方式中，浮标存储有定位信息库，定位信息库包括GPS模块在不同定位时间定位出的特定定位信息；
[0013]GPS模块在接收时间对浮标进行定位得到定位信息，包括：
[0014]从定位信息库中查找与接收时间匹配的定位时间；
[0015]将定位时间对应的特定定位信息确定为定位信息。
[0016]在一个可能的实施方式中，该方法还包括：
[0017]如果检测出状态信息为静态状态信息，触发USBL基阵基于回传信息确定有效声速，并将有效声速和回传信息中包括的传播时延发送至主控模块；其中，传播时延为待定位信标发送回传信息到USBL基阵的时长；
[0018]基于定位信息、有效声速和传播时延确定待定位信标的LBL定位结果。
[0019]在一个可能的实施方式中，基于回传信息确定待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息，包括：
[0020]从回传信息中提取传播时延、深度信息，以及待定位信标所在水域的温度信息和盐度信息；其中，传播时延为待定位信标发送回传信息到USBL基阵的时长；
[0021]基于传播时延、深度信息、温度信息和盐度信息确定水声水平传播距离；其中，水声水平传播距离为USBL基阵与待定位信标的水平距离；
[0022]从有效声速表中查询与水声水平传播距离和深度信息匹配的有效声速；其中，有效声速表中存储有水声水平传播距离、深度信息与有效声速的对应关系；
[0023]基于传播时延和有效声速确定待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息。
[0024]在一个可能的实施方式中，基于定位信息和相对位置信息确定待定位信标的USBL定位结果，包括：
[0025]从定位信息中提取浮标在大地坐标系下的地理定位信息和艏向角；
[0026]基于相对位置信息、地理定位信息和艏向角确定待定位信标的USBL定位结果。
[0027]在一个可能的实施方式中，通过下式确定待定位信标的相对位置信息：
[0028][0029]其中，表示相对位置信息，R表示待定位信标与USBL基阵之间的斜距，c表示有效声速，T表示传播时延，Δt1、Δt2表示USBL基阵中不同基元间收到回传信号的时间差，d表示USBL基阵中基元之间的基线长度，表示水声的声线与USBL基阵坐标系x轴的夹角，表示水声的声线与USBL基阵坐标系y轴的夹角。
[0030]在一个可能的实施方式中，通过下式确定待定位信标的USBL定位结果：
[0031][0032]其中，表示USBL定位结果，表示相对位置信息，表示浮标的地理定位信息，表示从浮标的浮标坐标系转换到大地坐标系的欧拉旋转矩阵，A表示艏向角，表示USBL基阵坐标系与浮标坐标系之间的欧拉旋转矩阵，其中α表示在z轴方向上USBL基阵与浮标之间的安装角度误差，为USBL基阵坐标系与浮标坐标系在三个方向的安装位移
误差。
[0033]在一个可能的实施方式中，基于回传信息确定有效声速，包括：
[0034]从回传信息中提取传播时延、深度信息，以及待定位信标所在水域的温度信息和盐度信息；其中，传播时延为待定位信标发送回传信息到USBL基阵的时长；
[0035]基于传播时延、深度信息、温度信息和盐度信息确定水声水平传播距离；其中，水声水平传播距离为USBL基阵与待定位信标的水平距离；
[0036]从有效声速表中查询与水声水平传播距离和深度信息匹配的有效声速；其中，有效声速表中存储有水声水平传播距离、深度信息与有效声速的对应关系。
[0037]在一个可能的实施方式中，定位信息包括浮标在大地坐标系下的地理定位信息；
[0038]通过下式确定待定位信标的LBL定位结果：
[0039][0040]其中，c表示有效声速，T表示传播时延，[x
B
，y
B
，z
B
]表示浮标的地理定位信息，[x
G
，y
G
，z
G
]表示待定位信标的LBL定位结果，V表示观测残差。
[0041]第二方面，本专利技术实施例提供一种超短基线定位装置，其中，该装置适用于浮标，浮标包括主控模块、GPS模块和USBL基阵；该装置包括：
[0042]接收模块，用于接收针对待定位信标的定位指令，定位指令中携带有待定位信标的信标标识；
[0043]第一触发模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短基线定位方法，其特征在于，所述方法适用于浮标，所述浮标包括主控模块、GPS模块和USBL基阵，所述方法包括：接收针对待定位信标的定位指令，所述定位指令中携带有所述待定位信标的信标标识；在预设时间段内触发所述USBL基阵向所述信标标识对应的待定位信标发送定位信号，接收所述待定位信标发送的针对所述定位信号的回传信号，并将所述回传信号携带的所述待定位信标的状态信息，以及所述待定位信标接收所述定位信号的接收时间发送至所述主控模块，所述回传信号还携带有回传信息；获取所述GPS模块发送的定位信息；其中，所述GPS模块在接收时间对所述浮标进行定位得到所述定位信息；如果检测出所述状态信息为动态状态信息，触发所述USBL基阵基于所述回传信息确定所述待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息，并将所述相对位置信息发送至所述主控模块；基于所述定位信息和所述相对位置信息确定所述待定位信标的USBL定位结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮标存储有定位信息库，所述定位信息库包括所述GPS模块在不同定位时间定位出的特定定位信息；所述GPS模块在接收时间对所述浮标进行定位得到所述定位信息，包括：从所述定位信息库中查找与所述接收时间匹配的定位时间；将所述定位时间对应的特定定位信息确定为定位信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果检测出所述状态信息为静态状态信息，触发所述USBL基阵基于所述回传信息确定有效声速，并将所述有效声速和所述回传信息中包括的传播时延发送至所述主控模块；其中，所述传播时延为所述待定位信标发送回传信息到所述USBL基阵的时长；基于所述定位信息、所述有效声速和所述传播时延确定所述待定位信标的LBL定位结果。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述回传信息确定所述待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息，包括：从所述回传信息中提取传播时延、深度信息，以及所述待定位信标所在水域的温度信息和盐度信息；其中，所述传播时延为所述待定位信标发送回传信息到所述USBL基阵的时长；基于所述传播时延、所述深度信息、所述温度信息和所述盐度信息确定水声水平传播距离；其中，所述水声水平传播距离为所述USBL基阵与所述待定位信标的水平距离；从有效声速表中查询与所述水声水平传播距离和所述深度信息匹配的有效声速；其中，所述有效声速表中存储有水声水平传播距离、所述深度信息与有效声速的对应关系；基于所述传播时延和所述有效声速确定所述待定位信标在USBL基阵坐标系下的相对位置信息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述定位信息和所述相对位置信息确定所述待定位信标的USBL定位结果，包括：从所述定位信息中提取所述浮标在大地坐标系下的地理定位信息和艏向角；
基于所述相对位置信息、所述地理定位信息和所述艏向角确定所述待定位信标的USBL定位结果。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下式确定所述待定位信标的相对位置信息：其中，表示所述相对位置信息，R表示所述待定位信标与所述USBL基阵之间的斜距，c表示所述有效声速，T表示所述传播时延，Δt1、Δt2表示所述USBL基阵中不同基元间收到回传信号的时间差，d表示所述USBL基阵中基元之间的基线长度，表示水声的声线与USBL基阵坐标系x轴的夹角，表示水声的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国霖，肖雪琦，刘孟茁，祝继锋，潘晓鹤，国婧倩，周浩，崔军红，
申请(专利权)人：深圳市智慧海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：