【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下定位领域，具体涉及一种深海无盲区长基线定位方法。
技术介绍
1、长基线定位系统是水下定位领域常用的方法，具有作用距离远、定位精度高等特点。长基线定位系统常选用浮标或潜标作为定位基站。水下航行器通过导航定位信号与定位基站进行信息交互和距离测量，从而完成定位过程。长基线定位系统常应用于浅海，定位基站与水下航行器间的信号传输过程受工作深度的影响较小，采用浮标或者潜标作为定位基站均可实现定位功能。
2、深海环境下，水下航行器通常会根据任务不同，而工作在不同的深度，如需扫描海底地形时，工作在海底；需要远距离传输信息时，工作在深海声道轴；需要与陆地无线网络交换信息时，工作在海面附近。而水下航行器在任何任务场景下，都需要位置信息。当在深海使用长基线系统为水下航行器提供定位导航服务，需要考虑深海信道的特殊性和水下航行器的工作深度需求。
3、但由于深海环境存在特殊的声场传播效应，如可靠声路径/影区等，导致传统单一工作深度的浮标无法满足不同深度水下航行器的定位需求。例如海面浮标定位基站无法接收工作深度较浅的水下航行器发射的导航定位信号，而海底潜标基站无法接收工作深度较深的水下航行器发射的导航定位信号。所以在深海条件下，直接采用传统浮标或者潜标作为定位基站，存在定位盲区，定位覆盖范围较小，无法对所有工作深度的水下航行器提供定位服务，存在功能缺陷。
4、本专利技术针对如何在深海条件下增大长基线定位系统定位覆盖范围的问题，提出了一种深海无盲区长基线定位方法。
技术实现思路<
1、本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种深海无盲区长基线定位方法，通过分析深海声信号的传播特性，设计可与任意深度水下平台交互声信号的多尺度联合导航基站，消除工作盲区，实现深海全海深无盲区定位。
2、本专利技术提出以下技术方案实现：
3、一种深海无盲区长基线定位方法，获取系统工作区域的环境信息，结合水下航行器的导航定位声纳特性和环境特性，分析通信定位声纳的优质因数，在结合声速剖面和海深等信息，分析不同工作深度定位声呐的定位盲区，然后建立深海长基线系统无盲区最优模型，利用无盲区定位声呐工作深度优化调度方法，设计得到多尺度定位声呐联合的导航基站，最后按照设计的导航基站，在工作区域进行布放，为工作区域内任意工作深度和位置的水下航行器提供导航定位服务。
4、进一步的，所述工作区域的环境信息包括声速剖面，海深，背景噪声级信息；所述水下航行器的导航定位声纳特性包括声源级，可检测信噪比门限。
5、进一步的，所述定位声呐的优质因数的分析方法如下，水下航行器的导航定位声纳的声源级为sl，工作区域的背景噪声级为nl，导航定位信号的可检测门限为dt，作用距离的优质因数fom＝sl-nl-dt。
6、进一步的，所述定位盲区的分析方法如下，利用射线声场仿真模型，将声速剖面和海深作为输入，计算得到不同声源深度zs/接收距离r/接收深度zr条件下的传播损失tl，将传播损失tl与优质因数fom进行对比，如果tl小于fom，则对应当导航基站工作在深度zs时，(zr，r)对应的区域为盲区，否则，对应区域为有效工作区。
7、进一步的，所述深海长基线系统无盲区模型为
8、
9、其中n表示导航基站中包含定位声呐的数量，每个定位声呐工作在不同的深度，表示工作深度为的定位声呐的有效工作区，s表示长基线系统的整个工作区域，h表示工作区域海深。
10、进一步的，所述无盲区定位声呐工作深度优化调度方法包含如下步骤：
11、步骤1)：设置导航基站的待定工作深度s＝[δs：δs：h]，δs为间隔，待定工作深度的总数为n，将工作区域s用距离-深度两维网格点(r，h)表示，如果所有的网格点均在有效工作区，则表示整个工作区域s无盲区，工作区域s距离维的点为[0：δr：r]，深度维的点为[0：δh：h]，δr为水平维间隔，δh为垂直维间隔，h为海深，r为工作区域内的最远定位距离；
12、步骤2)：根据定位盲区分析方法，计算不同工作深度si定位声呐的有效工作区f(si)，si＝i*δs，i为工作深度为si导航基站的编号；
13、步骤3)：导航基站工作深度的初始深度编号为n＝1；
14、步骤4)：选择导航基站的第一个定位声呐工作深度sn＝n*δsi，并设置当前有效工作区域a＝f(sn)，布设标志mi，具体形式如下，
15、
16、步骤5)：将布设标志mi为0对应基站深度，作为下一个定位声呐可能深度的集合，分别将集合内可能深度hi对应的有效工作区域，与当前有效工作区域取并集，得到集合内基站深度对应的总有效工作区域st(hi)
17、st(hi)＝f(hi)∪a，mi＝0； (3)
18、步骤6)：分析集合内可能深度hi对应总有效工作区域的最大值，将该最大值对应的深度h作为下一个定位声呐的工作深度，其布设标志设为1，并更新当前有效工作区域a＝f(h)ua；
19、步骤7)：对比当前有效工作区域a是否等于系统工作区域s，如果不相等，则转到步骤5，否则，设置标志位flag＝1，保存当前初始深度情况下的定位声呐工作深度调度结果，转到步骤8；
20、步骤8)：统计布设标志m为1的数量num(n)，即为初始深度sn情况下，无盲区导航基站的定位声呐数量，改变初始深度编号n＝n+1，如果n小于等于待定工作深度总数n，转到步骤9，否则转到步骤10；
21、步骤9)：导航基站工作深度的初始深度编号为n＝n+1，转到步骤4；
22、步骤10)：对比不同初始深度sn情况下，无盲区导航基站的定位声呐数量，找到定位声呐数量最小值，并将该值对应的多个不同深度定位声呐作为最终的调度结果，若最小值对应的初始深度不唯一，则选择初始深度方案中最大工作深度最小的方案。
23、进一步的，所述多尺度定位声呐联合的导航基站，不同于传统浮标或潜标导航基站只工作在一个深度，多尺度联合导航基站通过多个布放在不同深度的定位声纳，在不同的垂直尺度接收水下航行器的导航定位信号。
24、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
25、考虑深海环境特殊的声传播效应，设计多尺度联合的导航基站，可在深海多个深度收发定位信号，建立无盲区模型和无盲区定位最优方法，以最小数量的定位声纳消除系统工作范围内的定位盲区，为深海工作区域内任意位置和深度的水下航行器提供定位服务。
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1.一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：获取系统工作区域的环境信息，结合水下航行器的导航定位声纳特性和环境特性，分析通信定位声纳的优质因数，在结合声速剖面和海深等信息，分析不同工作深度定位声呐的定位盲区，然后建立深海长基线系统无盲区最优模型，利用无盲区定位声呐工作深度优化调度方法，设计得到多尺度定位声呐联合的导航基站，最后按照设计的导航基站，在工作区域进行布放，为工作区域内任意工作深度和位置的水下航行器提供导航定位服务。
2.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述工作区域的环境信息包括声速剖面，海深，背景噪声级信息；所述水下航行器的导航定位声纳特性包括声源级，可检测信噪比门限。
3.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述定位声呐的优质因数的分析方法如下，水下航行器的导航定位声纳的声源级为SL，工作区域的背景噪声级为NL，导航定位信号的可检测门限为DT，作用距离的优质因数FOM＝SL-NL-DT。
4.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述定位盲区的分析方法
5.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述深海长基线系统无盲区模型为
6.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述无盲区定位声呐工作深度优化调度方法包含如下步骤：
7.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述多尺度定位声呐联合的导航基站，不同于传统浮标或潜标导航基站只工作在一个深度，多尺度联合导航基站通过多个布放在不同深度的定位声纳，在不同的垂直尺度接收水下航行器的导航定位信号。
...【技术特征摘要】
1.一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：获取系统工作区域的环境信息，结合水下航行器的导航定位声纳特性和环境特性，分析通信定位声纳的优质因数，在结合声速剖面和海深等信息，分析不同工作深度定位声呐的定位盲区，然后建立深海长基线系统无盲区最优模型，利用无盲区定位声呐工作深度优化调度方法，设计得到多尺度定位声呐联合的导航基站，最后按照设计的导航基站，在工作区域进行布放，为工作区域内任意工作深度和位置的水下航行器提供导航定位服务。
2.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述工作区域的环境信息包括声速剖面，海深，背景噪声级信息；所述水下航行器的导航定位声纳特性包括声源级，可检测信噪比门限。
3.根据权利要求1所述的一种深海无盲区长基线定位方法，其特征在于：所述定位声呐的优质因数的分析方法如下，水下航行器的导航定位声纳的声源级为sl，工作区域的背景噪声级为nl，导航定位信号的可检测门限为dt，作用距离的优质因数fom＝sl-nl-...
【专利技术属性】
技术研发人员：王超，韩贵娟，杜鹏宇，王桢铎，温梦华，崔英桥，时相一，吴梦行，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：
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