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一種超短基線五基元接收基陣及其水聲定位方法
【專利摘要】本發明涉及一種超短基線五基元接收基陣及其水聲定位方法。本發明為5個接收基元設置在圓桶形基陣水密外殼內的底面上，且以所述底面中心為圓心沿圓周方向均勻分布。利用選取所述基陣中任意3個接收基元的所有組合，用每個組合的三個基元求取目標方位值，將得到所有組合的目標方位值求平均值作為所測量目標的方位初值，所述初值滿足設定的計算精度，所述初值則作為所測量目標的最終方位值。本發明提供的超短基線五基元接收基陣，使得最少的基元得到冗余等精度測量基線，利用5條等精度測量基線之間的幾何關系對目標定位進行復驗解算使得系統解決相位模糊問題的同時，又保障了冗余數據判決的有效性，且提高了目標方位計算的有效性和可靠性。
【專利說明】一種超短基線五基元接收基陣及其水聲定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超短基線五基元接收基陣及其水聲定位方法。
【背景技術】
[0002]超短基線是水聲定位技術中安裝最簡單、使用最方便的一種方法。最初的超短基線定位系統基于接收信號相位差的估計，為避免相位模糊，只能采用孔徑小于半波長的三角陣型或者四元十字交叉陣型，但帶來的缺陷是定位精度不高。雖然8基元十字交叉基陣可以通過大量冗余基元數據改善精度，但其有效的等精度測量基線與四元十字交叉并無本質區別，對目標方位估計的起伏仍無法有效評判。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了解決目前基陣對目標方位的測量的穩定性和有效性差的問題，提供一種超短基線五基元接收基陣，本發明的目的還在于提供一種利用該基陣的水聲定位方法。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:
[0005]超短基線五 基元接收基陣，包括5個接收基元和圓桶形基陣水密外殼，5個接收基元設置在圓桶形基陣水密外殼內的底面上，所述5個接收基元以所述底面中心為圓心沿圓周方向均勻分布；5個接收基元中任意非相鄰的2個接收基元連線組成一條測量基線。
[0006]5個接收基元形成的圓周的直徑為30cm。
[0007]5個接收基元均為采用高精度的激光切割技術在實體金屬上切割成型的接收基元，所述5個接收基元通過絕緣樹脂進行灌封固定在圓桶形基陣水密外殼內的底面上。
[0008]超短基線五基元接收基陣水聲定位方法:
[0009]步驟一:選取超短基線五基元接收基陣中任意3個接收基元形成一個基元組合，根據該基元組合中的每個接收基元測量目標的時延估計值，構建目標方位解算方程，獲取目標方位值；
[0010]步驟二:重復步驟一，改變選取的接收基元，遍歷所有基元組合，統計不同接收基元組合的情況下求解的目標方位值，并根據得到的不同接收基元組合的目標方位值求平均值作為所測量目標的方位初值；
[0011]步驟三:判斷步驟二求解的所測量目標的方位初值是否滿足計算精度，若滿足，則將所述方位初值作為所測量目標的最終方位值，若不滿足，則重新執行步驟一，重新測量。
[0012]步驟一中，構建目標方位解算方程為:
\R — R.= L.-cosQ
[0013]\ 1 J
[R.— R_ — L2.cos Ω
[0014]其中，RpRj和Rz分別為選取的3個接收基元與所測量目標的距離值，所述距離值是根據時延估計值轉換得到的，1、j和z分別取[1，5]的任意不同的整數；U = [Ii, Ij]和L2 = [Ii, IJ均為接收基元位置參數向量，Ii為第i個接收基元的位置參數，Ij第j個接收基元的位置參數，Iz第Z個接收基元的位置參數；
[0015]Ω = [α, β]τ為求解的目標方位結果，α為所測量目標與接收基陣x坐標軸的夾角，β為所測量目標與接收基陣的y坐標軸的夾角，接收基陣的圓心作為xy軸直角坐標系中的原點，X坐標軸為任意一接收基元與接收基陣圓心的直線。
[0016]步驟三具體為:
[0017]若d <ξ，則將求解的A =αβ作為所測量目標的最終方位值，參量
d=[d，rfT，^為參考門限值，Ik—4A*1,2，Hl爲—現A"2，k為接收基陣中
選取三個接收基元的組合的編號，k取[1，10]中的正整數，η等于10，α,為第k個組合的所測量目標與接收基陣X坐標軸的夾角值，所測量目標與接收基陣X坐標軸的夾角的平均
值
【權利要求】
1.一種超短基線五基元接收基陣，包括5個接收基元和圓桶形基陣水密外殼，其特征在于:5個接收基元設置在圓桶形基陣水密外殼內的底面上，所述5個接收基元以所述底面中心為圓心沿圓周方向均勻分布；5個接收基元中任意非相鄰的2個接收基元連線組成一條測量基線。
2.根據權利要求1所述的一種超短基線五基元接收基陣，其特征在于:所述5個接收基元形成的圓周的直徑為30cm。
3.根據權利要求1所述的一種超短基線五基元接收基陣，其特征在于:所述5個接收基元均為采用高精度的激光切割技術在實體金屬上切割成型的接收基元，所述5個接收基元通過絕緣樹脂進行灌封固定在圓桶形基陣水密外殼內的底面上。
4.一種超短基線五基元接收基陣水聲定位方法，其特征在于: 步驟一:選取超短基線五基元接收基陣中任意3個接收基元形成一個基元組合，根據該基元組合中的每個接收基元測量目標的時延估計值，構建目標方位解算方程，獲取目標方位值； 步驟二:重復步驟一，改變選取的接收基元，遍歷所有基元組合，統計不同接收基元組合的情況下求解的目標方位值，并根據得到的不同接收基元組合的目標方位值求平均值作為所測量目標的方位初值； 步驟三:判斷步驟二求解的所測量目標的方位初值是否滿足計算精度，若滿足，則將所述方位初值作為所測量目標的最終方位值，若不滿足，則重新執行步驟一，重新測量。
5.根據權利要求4所述的一種超短基線五基元接收基陣水聲定位方法，其特征在于:所述步驟一中，構建目標方位解算方程為:
^R1-Rj =L1* cos Ω
[r.-/-- =.cos Ω 其中，R1、I^和Rz分別為選取的3個接收基元與所測量目標的距離值，所述距離值是根據時延估計值轉換得到的，1、j和z分別取[1，5]的任意不同的整數；L1= [Ii, Ij]和匕=[Ii, IJ均為接收基元位置參數向量，Ii為第i個接收基元的位置參數，Ij第j個接收基元的位置參數，Iz第z個接收基元的位置參數； Ω = [α, β]τ為求解的目標方位結果，α為所測量目標與接收基陣X坐標軸的夾角，β為所測量目標與接收基陣的y坐標軸的夾角，接收基陣的圓心作為xy軸直角坐標系中的原點，X坐標軸為任意一接收基元與接收基陣圓心的直線。
6.根據權利要求5所述的超短基線五基元接收基陣進行水聲定位的方法，其特征在于:所述步驟三具體為: 若4 <ξ，則將求解的6=間萬f作為所測量目標的最終方位值，參量I為參考門限值、=||巧-司|2//2 ?丨=\pk-p\Jn2 ^ k為接收基陣中選取三個接收基元的組合的編號，k取[1，10]中的正整數，η等于10，CIk為第k個組合的所測量目標與接收基陣X坐標軸的夾角值，所測量目標與接收基陣X坐標軸的夾角的平均值6 = f &卜，β k為第k個組合的所測量目標與接收基陣的y坐標軸的夾角，所測量目標與接收基陣的y坐標軸的夾角的平均值
【文檔編號】G01S5/22GK103926563SQ201410150901
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】孫大軍, 鄭翠娥, 張居成, 李昭, 張殿倫, 勇俊, 李想, 韓云峰, 王永恒 申請人:哈爾濱工程大學