浮标基USBL定位解算方法研究及软件实现

发布时间：2020-11-05 21:50

　　 本文针对某浮标基长基线/超短基线组合定位系统中的超短基线定位部分,研究了抗多途反射和抗相位模糊两个关键技术,设计了超短基线定位解算软件,实现了对水下运动目标水平位置的跟踪定位,最后通过湖上试验验证了软件的正确性及可靠性。本文介绍了超短基线三元阵定位原理和十字阵定位原理的各自特点,介绍了目标坐标由基阵坐标系向大地坐标系转换的方法,给出了定位精度分析结果,仿真分析了长基线/超短基线组合定位相比于单独长基线定位的优势。针对高频信号,本文提出了一种基于最大后验概率准则的抗相位模糊算法,通过对抗相位模糊效果进行仿真分析,该算法对频率较不敏感,对阵型误差也有较好的宽容性,综合考虑工程实用性,最终确定了本系统应用的阵型。由于水声信道的多途效应,水听器接收的信号含有直达声和多个反射声,专家系统的作用就是正确地挑选出直达声、剔除反射声,为系统的准确定位提供保障。论文根据信号在多途信道中的传播规律,设计了一系列专家系统判决准则,依据该准则实现对直达声和反射声的准确判别,通过挑选前后时延对比验证了专家系统的有效性。采用基于C++语言的Qt集成环境开发了超短基线定位解算软件。根据软件的功能需求给出了总体设计方案,再根据模块化设计思想,给出了软件各功能模块的设计和实现,主要由定位解算模块、显示跟踪模块和文件管理模块组成,使软件具备定位解算的一系列完整功能。最后给出了湖试数据的处理结果,证明了算法的有效性,验证了软件的功能及稳定性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB56;TP311.52
【部分图文】：

与民用领域都发挥重要作用[1]。民用方面，海洋油水下救援，军事方面，水下潜艇鱼雷的自主安全航抗，这些领域都依赖水下定位导航技术提供精准依靠声波在水下的远距离传播，在水下、水面或船基阵，通过测量目标发出的声信号到达它们的传播计算出目标的位置[3]。根据基线长度或基阵尺寸，基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位统（LBL）是指基线长度在几百米至几千米的定位阵或布放在海面的浮标基阵构成，其跟踪范围可达需要相邻的三个或三个以上阵元同时收到目标发射元的传播时延，以同步球面交汇或非同步双曲面交基线的主要优点是由于基线长度较长，其阵位安装做大量安装精度校准工作，且系统跟踪范围大，定好，可靠性高[6]。缺点是系统的基阵庞大，组成复比较困难，且价格高昂。

哈尔滨工程大学硕士学位论文统（SBL）是指基阵长度为几米至几十米的定位系舷的基元构成基阵，通过测量目标声信号到各个基原理计算出目标的距离和方位，此时得到的目标坐合罗经、方位姿态仪、GPS 等外围设备得到目标的系统虽然跟踪范围较小，但可通过增加基阵的数目目标的轨迹测量[6]。短基线系统的主要优点是基线回收方便，不需要组建复杂大规模的基阵即可完成度影响较大，需要对基阵进行大量校准以提高基阵免地被安装在高噪声区，严重影响定位性能。

图 1.3 超短基线定位系统示意图位系统具有各自的优势和特点，为了更好地发挥各系统人员已经将各系统有机的组合，成功研制出组合式声学线组合定位系统（L/USBL）、长基线-短基线组合定位系组合定位系统（S/USBL）以及长基线-短基线-超短基等[12]。这些组合定位系统发挥了各个系统的优点，又相冗余信息，使系统的性能最优，将成为水声定位系统今系统国内外发展现状司看好开发海上作业设备这一广阔市场，经过 40 余年产业化，研制出了一系列的超短基线产品，而且很多产发的各个领域上得到了广泛的应用。定位系统研究较早的是挪威 Kongsberg Simrad 公司，该水平的高精度长程超短基线定位系统一 HiPAP350，作
【参考文献】

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1 田春和;;超短基线定位误差综合分析及实验[J];水道港口;2015年06期

2 韩云峰;李昭;郑翠娥;孙大军;;一种基于长基线交汇的超短基线定位系统精度评价方法[J];物理学报;2015年09期

3 燕丽红;林志雄;杨星;;基于Windows 7操作系统和Qt技术的电子相册设计[J];现代电子技术;2014年08期

4 李孟学;杜召平;郭燕子;丁翠环;;时空关联法抗水声多途模糊研究[J];舰船科学技术;2013年05期

5 郑恩明;陈新华;孙长瑜;余华兵;;一种新阵型改进超短基线定位精度方法[J];科技导报;2013年03期

6 姜婷;;超短基线定位系统定位误差的分析及仿真[J];水雷战与舰船防护;2012年04期

7 勇俊;李昭;郑翠娥;孙大军;;超短基线纯方位定位的目标搜索航迹规划[J];哈尔滨工程大学学报;2012年04期

8 刘松海;冼观福;孙向前;;鱼雷攻潜末弹道测量中的抗多途专家系统[J];舰船科学技术;2012年03期

9 王德刚;韩富江;来向华;苟诤慷;傅晓明;;超短基线定位原理及校正方法研究[J];海洋科学;2011年02期

10 汪志明;田春和;;超短基线系统水下定位误差分析[J];测绘信息与工程;2010年06期

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1 付进;长基线定位信号处理若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 陈晓忠;长基线水声跟踪系统抗多途及抗距离模糊研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

3 喻敏;长程超短基线定位系统研制[D];哈尔滨工程大学;2005年

4 殷冬梅;无线电水声浮标阵多目标跟踪定位系统[D];哈尔滨工程大学;2003年

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1 刘俊;长基线水下导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2007年

2 杨婷;超短基线定位系统显控平台的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2007年

3 张晓亮;长程超短基线定位系统信号处理算法仿真及软件设计[D];哈尔滨工程大学;2004年

本文编号：2872234