本發(fā)明公開基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，屬于水下定位。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)深潛器進(jìn)行深海長時(shí)間、遠(yuǎn)距離作業(yè)時(shí)，其導(dǎo)航定位的精度成為直接影響其能否順利完成預(yù)定任務(wù)的關(guān)鍵因素。復(fù)雜多變的海洋環(huán)境是制約水下導(dǎo)航定位精度的關(guān)鍵問題，尤其是水下聲學(xué)導(dǎo)航定位要精細(xì)考慮海洋環(huán)境誤差影響。雖然聲場反演技術(shù)可以獲得聲速參數(shù)，但高精度聲場構(gòu)建技術(shù)還不成熟。此外，載人深潛器作業(yè)有顯著的區(qū)域性特點(diǎn)，一般是在國家已申請礦區(qū)或已發(fā)現(xiàn)熱液區(qū)開展工作，因此區(qū)域性聲場構(gòu)建技術(shù)是解決高精度聲場模型的一種手段。基于已知海域，已有豐富的歷史聲速剖面數(shù)據(jù)可充分利用，且作業(yè)前，通常會(huì)進(jìn)行溫鹽深數(shù)據(jù)的觀測，也是傳統(tǒng)聲速剖面獲取方法，用于深潛器的定位。但由于海洋環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，聲速存在顯著的時(shí)空特性，因此需要降低該誤差的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中，用于載人深潛器定位的聲速剖面精度不足的問題。

2、基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，包括：

3、s1.對歷史多源聲速剖面、利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面和載人深潛器現(xiàn)場觀測的多源聲速剖面進(jìn)行預(yù)處理，獲得等深度點(diǎn)的聲速剖面數(shù)據(jù)，預(yù)處理包括數(shù)據(jù)插值、剔除異常值、移動(dòng)平滑和一致性檢查；

4、s2.獲得傳感器觀測噪聲指標(biāo)，使用改進(jìn)的最小方差估計(jì)方法，對等深度點(diǎn)的聲速剖面中的異源聲速剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，得到融合處理后的精確聲速剖面；

5、s3.對融合處理后的精確聲速剖面進(jìn)行處理，獲得全海深聲速剖面；

6、s4.進(jìn)行聲速剖面替換，將全海深聲速剖面作為準(zhǔn)實(shí)時(shí)聲速剖面使用，布放水聲吊陣，用準(zhǔn)實(shí)時(shí)聲速剖面進(jìn)行水聲定位，通過水聲通訊設(shè)備反饋載人深潛器實(shí)時(shí)位置，并通過深度計(jì)進(jìn)行精度評估；

7、s5.回收載人深潛器后，通過載人深潛器當(dāng)日下潛觀測信息獲得下潛海域當(dāng)日聲速剖面，基于下潛海域當(dāng)日聲速剖面和歷史多源聲速剖面進(jìn)行融合處理，獲得當(dāng)日準(zhǔn)實(shí)時(shí)聲速剖面，用于次日載人深潛器下潛定位。

8、數(shù)據(jù)插值包括如果聲速剖面存在數(shù)據(jù)缺失，采用三次樣條插值方法，通過分段三次多項(xiàng)式逼近使得插值曲線更平滑，對于個(gè)聲速剖面數(shù)據(jù)點(diǎn)，構(gòu)建三次多項(xiàng)式：

9、；

10、式中，、、、是待求參數(shù)，是第個(gè)聲速剖面的聲速值，是第個(gè)聲速剖面的深度。

11、剔除異常值包括計(jì)算每個(gè)聲速點(diǎn)的絕對偏差：

12、；

13、式中，是聲速值中位數(shù)；

14、的中位數(shù)為，設(shè)定閾值對異常值進(jìn)行識(shí)別和剔除：

15、；

16、式中，為剔除異常值的邊界值。

17、移動(dòng)平滑包括對所有聲速剖面進(jìn)行移動(dòng)平滑處理：

18、；

19、式中，是第個(gè)聲速剖面數(shù)據(jù)點(diǎn)的平滑值，是計(jì)數(shù)參數(shù)，是第個(gè)聲速剖面的聲速值。

20、對所有聲速剖面進(jìn)行一致性檢查，確保相鄰深度點(diǎn)變化率在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)：

21、；

22、利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面包括，作業(yè)母船攜帶載人深潛器到達(dá)工作海域，作業(yè)母船進(jìn)行定點(diǎn)作業(yè)獲得溫鹽深儀的數(shù)據(jù)并計(jì)算聲速剖面為：

23、；

24、式中，表示聲速，表示溫度，表示鹽度，表示深度。

25、獲得傳感器觀測噪聲指標(biāo)包括查詢不同傳感器的觀測噪聲指標(biāo)，歷史多源聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，載人深潛器現(xiàn)場觀測的多源聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，根據(jù)傳感器觀測噪聲指標(biāo)判斷聲速剖面的精度；

26、根據(jù)傳感器觀測噪聲指標(biāo)計(jì)算噪聲方差，表示歷史多源聲速剖面的噪聲方差，表示利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面的噪聲方差，表示載人深潛器現(xiàn)場觀測的多源聲速剖面的噪聲方差。

27、使用改進(jìn)的最小方差估計(jì)方法，對等深度點(diǎn)的聲速剖面中的異源聲速剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理包括：

28、；

29、式中，為融合后的異源聲速剖面，分別是歷史多源聲速剖面、利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面和載人深潛器現(xiàn)場觀測的多源聲速剖面的權(quán)重系數(shù)；

30、；

31、式中，分別是對應(yīng)的權(quán)重，是不同傳感器所得聲速剖面的可信度系數(shù)，表示深潛器的聲速剖面可信度系數(shù)，，表示深潛器上升的聲速剖面可信度系數(shù)，表示深潛器下潛的聲速剖面可信度系數(shù)，根據(jù)時(shí)間誤差和海域重疊度確定，根據(jù)兩次聲速剖面的面積差確定，深潛器上升和下潛兩次的聲速剖面可信度為最優(yōu)可信，溫鹽深儀傳感器所得聲速剖面的可信度為次優(yōu)可信。

32、對融合處理后的精確聲速剖面進(jìn)行處理，獲得全海深聲速剖面包括根據(jù)利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面的方法進(jìn)行聲速剖面外推，外推后設(shè)置擬合函數(shù)為：

33、；

34、式中，為溫度初始值，為溫度變化系數(shù)，為自然常數(shù)，為深度初始值，為擬合冪指數(shù)，使用反饋輔助格網(wǎng)搜索尋找和的最優(yōu)值，使用已知的融合處理后的精確聲速剖面的70%進(jìn)行最小二乘解算得到和，為外推部分的全海深聲速剖面。

35、基于下潛海域當(dāng)日聲速剖面和歷史多源聲速剖面進(jìn)行融合處理時(shí)，采用與獲得相同的聲速剖面融合方法。

36、相對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明充分考慮時(shí)空參數(shù)誤差，降低聲速剖面時(shí)空誤差對定位的影響，提高載人深潛器水下定位精度。

技術(shù)特征：

1.基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，數(shù)據(jù)插值包括如果聲速剖面存在數(shù)據(jù)缺失，采用三次樣條插值方法，通過分段三次多項(xiàng)式逼近使得插值曲線更平滑，對于個(gè)聲速剖面數(shù)據(jù)點(diǎn)，構(gòu)建三次多項(xiàng)式：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，剔除異常值包括計(jì)算每個(gè)聲速點(diǎn)的絕對偏差：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，移動(dòng)平滑包括對所有聲速剖面進(jìn)行移動(dòng)平滑處理：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，對所有聲速剖面進(jìn)行一致性檢查，確保相鄰深度點(diǎn)變化率在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面包括，作業(yè)母船攜帶載人深潛器到達(dá)工作海域，作業(yè)母船進(jìn)行定點(diǎn)作業(yè)獲得溫鹽深儀的數(shù)據(jù)并計(jì)算聲速剖面為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，獲得傳感器觀測噪聲指標(biāo)包括查詢不同傳感器的觀測噪聲指標(biāo)，歷史多源聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，載人深潛器現(xiàn)場觀測的多源聲速剖面的傳感器觀測噪聲指標(biāo)為，根據(jù)傳感器觀測噪聲指標(biāo)判斷聲速剖面的精度；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，使用改進(jìn)的最小方差估計(jì)方法，對等深度點(diǎn)的聲速剖面中的異源聲速剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，對融合處理后的精確聲速剖面進(jìn)行處理，獲得全海深聲速剖面包括根據(jù)利用溫鹽深儀數(shù)據(jù)計(jì)算的聲速剖面的方法進(jìn)行聲速剖面外推，外推后設(shè)置擬合函數(shù)為：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，其特征在于，基于下潛海域當(dāng)日聲速剖面和歷史多源聲速剖面進(jìn)行融合處理時(shí)，采用與獲得相同的聲速剖面融合方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開基于載人深潛器的多源數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)實(shí)時(shí)高精度定位方法，屬于水下定位技術(shù)領(lǐng)域，用于載人深潛器水下定位，包括獲得不同傳感器精度及觀測噪聲，對等深度點(diǎn)的聲速剖面中的異源聲速剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，得到融合處理后的精確聲速剖面；對融合處理后的精確聲速剖面進(jìn)行處理，獲得全海深聲速剖面；進(jìn)行聲速剖面替換，用準(zhǔn)實(shí)時(shí)聲速剖面進(jìn)行水聲定位，通過水聲通訊設(shè)備反饋載人深潛器實(shí)時(shí)位置；基于下潛海域當(dāng)日聲速剖面和歷史多源聲速剖面進(jìn)行融合處理，獲得當(dāng)日準(zhǔn)實(shí)時(shí)聲速剖面，用于次日載人深潛器下潛定位。本發(fā)明充分考慮時(shí)空參數(shù)誤差，降低聲速剖面時(shí)空誤差對定位的影響，提高載人深潛器水下定位精度。

技術(shù)研發(fā)人員：劉以旭,孫永福,趙晟婭,楊磊,唐嘉陵,齊海濱,張奕
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國家深?；毓芾碇行?br/>技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19