【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水下定位与建图，尤其涉及一种水下定位方法、装置、设备以及存储介质。
技术介绍
1、由于海水对陆地天空信号的遮蔽、海下环境恶劣等原因，多数常规导航技术都难以应用于深海导航。当前，适用于深海导航的主要手段有惯性导航、水声导航与地球物理特征匹配导航。
2、然而，惯性导航系统的精度取决于惯性器件的敏感精度，精度越高成本也就越高；惯性导航系统的局限在于导航误差随着工作时间快速积累，如没有其他导航技术共同进行组合导航辅助校准误差，在长距离水下航行过程中难以保持高精度水平。水声导航系统要求布设基阵，基阵布设需花费大量的时间和成本，其次，必须在其基阵范围内才能够发挥作用，作用范围有限；此外，还易受到多径效应、多普勒效应以及海水吸收等相关因素的影响，布设成本、工作距离以及精度三者难以同时满足。地球物理特征匹配导航由于水下高精度地球物理特征获取依赖于高精度测量仪，如多波束测深测潜仪、多普勒计程仪和高度仪等，仪器探测精度高，价格也更昂贵；此外，完备的水下地球物理特征数据库是匹配导航的基本数据源，预先建设的数据库精度和范围都会极大影响导航能力，高精度的物理场数据库采集也会降低工作效率。
3、总的来说，从导航应用范围或距离角度来看，现有导航技术手段只能有效解决区域性导航需要，无法实现广域空间的水下定位导航。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种水下定位方法、装置、设备以及存储介质，以解决现有的水下定位方法无法实现广域空间的水下定位导航的技术问题。
2、为了
3、根据预设的地基发射台向水下所发射的无线电信号，确定水下一待测位置在所述无线电信号作用下的电磁场特征；其中，所述电磁场特征包括：电磁场总强度和三轴电磁场强度分量；
4、根据所述电磁场特征以及预设的电磁特征分布底图，在所述电磁特征分布底图中匹配与所述电磁场特征相似度最高的参考电磁场特征，继而将所述参考电磁场特征所对应的位置信息作为所述待测位置的位置信息；
5、其中，所述电磁特征分布底图的构建，包括：
6、获取测试区域内的若干测量点所对应的电磁场特征和位置信息，根据测量点所对应的电磁场特征和位置信息，得到电磁场特征和位置信息之间的关系并构建局部电磁特征分布底图；
7、根据电磁场特征和位置信息之间的关系，对所述局部电磁特征分布底图进行推演，得到广域空间内的电磁特征分布底图。
8、作为优选方案，所述地基发射台的布设，包括：
9、确定地基发射台的待布设个数，继而根据所述待布设个数确定对应的gdop计算式；
10、根据所述gdop计算式，以gdop最小为目标，计算得到地基发射台的待布设位置，根据所述待布设个数和待布设位置对地基发射台进行布设；
11、其中，所述gdop计算式为：
12、
13、
14、
15、其中，tr表示计算矩阵的秩，上标t表示矩阵的转置，上标-1表示矩阵的逆，k为布设地基发射台的待布设个数，(x,y,z)为使用k个站台的信号所解算的标签的位置，(axk,ayk,azk)表示第k个基站的坐标,dk表示标签到第k个基站的测量距离。
16、作为优选方案，所述地基发射台，通过以下方式向水下发射无线电信号：
17、确定待发射的无线电信号的信号频段和信号波形；
18、获取待测位置的最小接收功率，根据所述最小接收功率以及预设的水下电磁波跨介质的传播链路特性模型，计算得到待发射的无线电信号的发射功率；
19、根据所述信号频段、信号波形以及发射功率，向水下发射无线电信号。
20、作为优选方案，所述根据所述最小接收功率以及预设的水下电磁波跨介质的传播链路特性模型，计算得到待发射的无线电信号的发射功率，包括：
21、根据所述传播链路特性模型，确定无线电信号的传播路径；其中，所述传播路径包括：天波传播路径和地波传播路径；
22、计算无线电信号在所述天波传播路径下的传播损耗和所述地波传播路径下的传播损耗，得到无线电信号的总传播损耗；
23、根据所述总传播损耗和所述最小接收功率，计算得到待发射的无线电信号的发射功率；
24、其中，所述发射功率通过以下公式计算：
25、
26、pl＝l1+l2；
27、l2＝lβ+lα；
28、
29、lα＝20 lg eαz；
30、其中，pi为发射功率，pr为所述最小接收功率，pl为无线电信号的总传播损耗，l1为天波传播路径下的传播损耗，l2为地波传播路径下的传播损耗，lα为海水吸收损耗，lβ为海面路径传输损耗，α为衰减常数，z为电磁波水下传播距，β表示相位常数，d表示海面传播距离。
31、作为优选方案，所述根据测量点所对应的电磁场特征和位置信息，得到电磁场特征和位置信息之间的关系并构建局部电磁特征分布底图，包括：
32、根据测量点所对应的电磁场特征和位置信息，以及预设的贝叶斯概率图模型算法，得到电磁场特征和位置信息之间的关系；
33、将每一测量点的电磁场特征和位置信息之间的关系作为待构建的局部电磁特征分布底图的地图点，继而根据所述地图点构建局部电磁特征分布底图。
34、作为优选方案，所述地图点对应的地图信息为：
35、wm＝(em,nm,um,fm,bxm,bym,bzm)；
36、其中，wm为第m个地图点对应的地图信息，(em，nm，um)为第m个地图点的当地水平坐标系分量，fm和(bxm，bym，bzm)分别表示在第m个地图点位置接收到的电磁场总强度和三轴电磁场强度分量。
37、作为优选方案，在构建电磁特征分布底图之后，还包括：
38、获取所述测量点的实时位置信息以及实时电磁场特征；
39、根据所述实时电磁场特征，在所述电磁特征分布底图中匹配与所述实时电磁场特征最接近的实时参考电磁场特征；
40、将所述实时参考电磁场特征所对应的位置信息与所述实时位置信息进行比对，计算所述位置信息与所述实时位置信息的误差，继而根据所述误差对地图点进行优化。
41、在上述实施例的基础上，本专利技术另一实施例提供了一种水下定位装置，包括：电磁场特征确定模块以及位置信息确定模块；
42、所述电磁场特征确定模块，用于根据预设的地基发射台向水下所发射的无线电信号，确定水下一待测位置在所述无线电信号作用下的电磁场特征；其中，所述电磁场特征包括：电磁场总强度和三轴电磁场强度分量；
43、所述位置信息确定模块，用于根据所述电磁场特征以及预设的电磁特征分布底图，在所述电磁特征分布底图中匹配与所述电磁场特征相似度最高的参考电磁场特征，继而将所述参考电磁场特征所对应的位置信息作为所述待测位置的位置信息；
4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下定位方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述地基发射台的布设，包括：
3.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述地基发射台，通过以下方式向水下发射无线电信号：
4.如权利要求3所述的水下定位方法，其特征在于，所述根据所述最小接收功率以及预设的水下电磁波跨介质的传播链路特性模型，计算得到待发射的无线电信号的发射功率，包括：
5.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述根据测量点所对应的电磁场特征和位置信息，得到电磁场特征和位置信息之间的关系并构建局部电磁特征分布底图，包括：
6.如权利要求5所述的水下定位方法，其特征在于，所述地图点对应的地图信息为：
7.如权利要求6所述的水下定位方法，其特征在于，在构建电磁特征分布底图之后，还包括：
8.一种水下定位装置，其特征在于，包括：电磁场特征确定模块以及位置信息确定模块；
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的水下定位方法。
...【技术特征摘要】
1.一种水下定位方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述地基发射台的布设，包括：
3.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述地基发射台，通过以下方式向水下发射无线电信号：
4.如权利要求3所述的水下定位方法，其特征在于，所述根据所述最小接收功率以及预设的水下电磁波跨介质的传播链路特性模型，计算得到待发射的无线电信号的发射功率，包括：
5.如权利要求1所述的水下定位方法，其特征在于，所述根据测量点所对应的电磁场特征和位置信息，得到电磁场特征和位置信息之间的关系并构建局部电磁特征分布底图，包括：
6.如权利要求5所述的水...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱祥维，宋江波，李婉清，王子业，谢婷，李芳，何少烽，刘若帆，
申请(专利权)人：中山大学·深圳，
类型：发明
国别省市：
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