一种基于超短基线水声定位系统的声线修正方法

技术特征：
1.一种基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：获取不同深度海水的电导率s、温度t、深度d数据，计算得到对应深度下的声速，并绘制出声速剖面；步骤二：利用matlab中interp1函数对计算得到的声速剖面进行三次样条插值，增加数据密度；步骤三：对声速剖面进行等深度分层，将5m归为一层；步骤四：基于二次多项式拟合的改进声线跟踪算法计算求解每层声线的掠射角、每层声速梯度、每层声速、修正后的声线水平距离以及声线传播时延；步骤五：根据步骤四求得的声线传播时延与系统信号处理设备估计得到的测量时延，计算它们之间的差值；步骤六：判别时延差值是否满足设定的逼近程度要求，决定终止退出还是继续迭代；步骤七：结合步骤四求解的修正后的声线水平距离以及水下应答器与换能器基阵之间的深度差，求解水下应答器与换能器基阵中心之间的距离；步骤八：求解声线修正后水下应答器在换能器基阵坐标系下的坐标(x,y,z)；步骤九：根据坐标转换关系，求解修正后水下应答器地理坐标(x
d’,y
d’,z
d’)。2.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤一中计算得到的声速剖面采用chen millero经验公式进行计算，所述绘制出声速剖面采用matlab软件进行绘制。3.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤三对声速剖面进行等深度分层还可以采用d-p算法、最大偏移量法、自适应分层法以及垂直距离简化法进行分层。4.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤四中计算求解每层声线的掠射角根据射线声学理论和snell折射定律进行计算，具体为：其中，α为每层声线的掠射角；c0为声源深度上的初始声速；α0为初始掠射角，是该深度上声线与水平面的夹角；c
s
为snell折射定律常数。5.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤四中计算求解每层声速梯度利用matlab中nlinfit函数进行计算，具体为：g(z)＝g0 r
·
z其中，g(z)为每层声速梯度；g0为初始声速梯度；r为声速梯度变化率。6.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤四中计算求解每层声速根据运动学原理进行计算，具体为：其中，c(z)为每层声速。7.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤四中计算求解修正后的声线水平距离以及声线传播时延利用matlab中intergral函
数进行计算，具体为：数进行计算，具体为：其中，x为修正后的声线水平距离，t为声线传播时延，定义8.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤五中差值的计算方法为：δt＝t-t'其中，δt为差值。9.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤六中判别时延差值是否满足设定的逼近程度要求，决定终止退出还是继续迭代具体为：如果|δt|≤q，满足设定的逼近条件，成功计算得到修正后的声线水平距离x，终止迭代，完成声线修正；如果δt<-q，则不再追加水层，而根据需要计算多加部分的水层厚度，进行重复判断，直至满足设定的逼近条件；如果δt>q，那么需追加水层厚度，进行重复判断，直至满足设定的逼近条件。10.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤八中求解声线修正后水下应答器在换能器基阵坐标系下的坐标(x,y,z)具体为：所述步骤八中求解声线修正后水下应答器在换能器基阵坐标系下的坐标(x,y,z)具体为：所述步骤八中求解声线修正后水下应答器在换能器基阵坐标系下的坐标(x,y,z)具体为：11.根据权利要求1所述的基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，其特征在于：所述步骤九中求解修正后水下应答器地理坐标(x
d’,y
d’,z
d’)具体为：其中，(xc,yc,zc)为测量船的地理坐标；为测量船坐标系向地理坐标系转换的旋转矩阵，是由辅助传感器测得的测量船的姿态组成的矩阵。

技术总结
本发明涉及一种声线修正方法，尤其为一种基于超短基线水声定位系统的声线修正方法，包括以下步骤：获取不同深度海水的电导率S、温度T、深度D数据，计算得到对应深度下的声速，并绘制出声速剖面；利用Matlab中interp1函数对计算得到的声速剖面进行三次样条插值，增加数据密度；对声速剖面进行等深度分层，将5m归为一层；基于二次多项式拟合的改进声线跟踪算法计算求解每层声线的掠射角、每层声速梯度、每层声速、修正后的声线水平距离以及声线传播时延；根据求得的声线传播时延与系统信号处理设备估计得到的测量时延，计算它们之间的差值；判别时延差值是否满足设定的逼近程度要求，决定终止退出还是继续迭代。定终止退出还是继续迭代。定终止退出还是继续迭代。


技术研发人员：罗宇 程梦迪 施剑 宋熙昭 李诗文
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2021.12.22
技术公布日：2022/4/26