一种超短基线五基元接收基阵及其水声定位方法
【专利摘要】本发明涉及一种超短基线五基元接收基阵及其水声定位方法。本发明为5个接收基元设置在圆桶形基阵水密外壳内的底面上，且以所述底面中心为圆心沿圆周方向均匀分布。利用选取所述基阵中任意3个接收基元的所有组合，用每个组合的三个基元求取目标方位值，将得到所有组合的目标方位值求平均值作为所测量目标的方位初值，所述初值满足设定的计算精度，所述初值则作为所测量目标的最终方位值。本发明提供的超短基线五基元接收基阵，使得最少的基元得到冗余等精度测量基线，利用5条等精度测量基线之间的几何关系对目标定位进行复验解算使得系统解决相位模糊问题的同时，又保障了冗余数据判决的有效性，且提高了目标方位计算的有效性和可靠性。
【专利说明】一种超短基线五基元接收基阵及其水声定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超短基线五基元接收基阵及其水声定位方法。
【背景技术】
[0002]超短基线是水声定位技术中安装最简单、使用最方便的一种方法。最初的超短基线定位系统基于接收信号相位差的估计，为避免相位模糊，只能采用孔径小于半波长的三角阵型或者四元十字交叉阵型，但带来的缺陷是定位精度不高。虽然8基元十字交叉基阵可以通过大量冗余基元数据改善精度，但其有效的等精度测量基线与四元十字交叉并无本质区别，对目标方位估计的起伏仍无法有效评判。

【发明内容】

[0003]本发明的目的是为了解决目前基阵对目标方位的测量的稳定性和有效性差的问题，提供一种超短基线五基元接收基阵，本发明的目的还在于提供一种利用该基阵的水声定位方法。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
[0005]超短基线五 基元接收基阵，包括5个接收基元和圆桶形基阵水密外壳，5个接收基元设置在圆桶形基阵水密外壳内的底面上，所述5个接收基元以所述底面中心为圆心沿圆周方向均匀分布；5个接收基元中任意非相邻的2个接收基元连线组成一条测量基线。
[0006]5个接收基元形成的圆周的直径为30cm。
[0007]5个接收基元均为采用高精度的激光切割技术在实体金属上切割成型的接收基元，所述5个接收基元通过绝缘树脂进行灌封固定在圆桶形基阵水密外壳内的底面上。
[0008]超短基线五基元接收基阵水声定位方法:
[0009]步骤一:选取超短基线五基元接收基阵中任意3个接收基元形成一个基元组合，根据该基元组合中的每个接收基元测量目标的时延估计值，构建目标方位解算方程，获取目标方位值；
[0010]步骤二:重复步骤一，改变选取的接收基元，遍历所有基元组合，统计不同接收基元组合的情况下求解的目标方位值，并根据得到的不同接收基元组合的目标方位值求平均值作为所测量目标的方位初值；
[0011]步骤三:判断步骤二求解的所测量目标的方位初值是否满足计算精度，若满足，则将所述方位初值作为所测量目标的最终方位值，若不满足，则重新执行步骤一，重新测量。
[0012]步骤一中，构建目标方位解算方程为:
\R — R.= L.-cosQ
[0013]\ 1 J
[R.— R_ — L2.cos Ω
[0014]其中，RpRj和Rz分别为选取的3个接收基元与所测量目标的距离值，所述距离值是根据时延估计值转换得到的，1、j和z分别取[1，5]的任意不同的整数；U = [Ii, Ij]和L2 = [Ii, IJ均为接收基元位置参数向量，Ii为第i个接收基元的位置参数，Ij第j个接收基元的位置参数，Iz第Z个接收基元的位置参数；
[0015]Ω = [α, β]τ为求解的目标方位结果，α为所测量目标与接收基阵x坐标轴的夹角，β为所测量目标与接收基阵的y坐标轴的夹角，接收基阵的圆心作为xy轴直角坐标系中的原点，X坐标轴为任意一接收基元与接收基阵圆心的直线。
[0016]步骤三具体为:
[0017]若d <ξ，则将求解的A =αβ作为所测量目标的最终方位值，参量
d=[d，rfT，^为参考门限值，Ik—4A*1,2，Hl爲—现A"2，k为接收基阵中
选取三个接收基元的组合的编号，k取[1，10]中的正整数，η等于10，α,为第k个组合的所测量目标与接收基阵X坐标轴的夹角值，所测量目标与接收基阵X坐标轴的夹角的平均
值
【权利要求】
1.一种超短基线五基元接收基阵，包括5个接收基元和圆桶形基阵水密外壳，其特征在于:5个接收基元设置在圆桶形基阵水密外壳内的底面上，所述5个接收基元以所述底面中心为圆心沿圆周方向均匀分布；5个接收基元中任意非相邻的2个接收基元连线组成一条测量基线。
2.根据权利要求1所述的一种超短基线五基元接收基阵，其特征在于:所述5个接收基元形成的圆周的直径为30cm。
3.根据权利要求1所述的一种超短基线五基元接收基阵，其特征在于:所述5个接收基元均为采用高精度的激光切割技术在实体金属上切割成型的接收基元，所述5个接收基元通过绝缘树脂进行灌封固定在圆桶形基阵水密外壳内的底面上。
4.一种超短基线五基元接收基阵水声定位方法，其特征在于: 步骤一:选取超短基线五基元接收基阵中任意3个接收基元形成一个基元组合，根据该基元组合中的每个接收基元测量目标的时延估计值，构建目标方位解算方程，获取目标方位值； 步骤二:重复步骤一，改变选取的接收基元，遍历所有基元组合，统计不同接收基元组合的情况下求解的目标方位值，并根据得到的不同接收基元组合的目标方位值求平均值作为所测量目标的方位初值； 步骤三:判断步骤二求解的所测量目标的方位初值是否满足计算精度，若满足，则将所述方位初值作为所测量目标的最终方位值，若不满足，则重新执行步骤一，重新测量。
5.根据权利要求4所述的一种超短基线五基元接收基阵水声定位方法，其特征在于:所述步骤一中，构建目标方位解算方程为:
^R1-Rj =L1* cos Ω
[r.-/-- =.cos Ω 其中，R1、I^和Rz分别为选取的3个接收基元与所测量目标的距离值，所述距离值是根据时延估计值转换得到的，1、j和z分别取[1，5]的任意不同的整数；L1= [Ii, Ij]和匕=[Ii, IJ均为接收基元位置参数向量，Ii为第i个接收基元的位置参数，Ij第j个接收基元的位置参数，Iz第z个接收基元的位置参数； Ω = [α, β]τ为求解的目标方位结果，α为所测量目标与接收基阵X坐标轴的夹角，β为所测量目标与接收基阵的y坐标轴的夹角，接收基阵的圆心作为xy轴直角坐标系中的原点，X坐标轴为任意一接收基元与接收基阵圆心的直线。
6.根据权利要求5所述的超短基线五基元接收基阵进行水声定位的方法，其特征在于:所述步骤三具体为: 若4 <ξ，则将求解的6=间万f作为所测量目标的最终方位值，参量I为参考门限值、=||巧-司|2//2 ?丨=\pk-p\Jn2 ^ k为接收基阵中选取三个接收基元的组合的编号，k取[1，10]中的正整数，η等于10，CIk为第k个组合的所测量目标与接收基阵X坐标轴的夹角值，所测量目标与接收基阵X坐标轴的夹角的平均值6 = f &卜，β k为第k个组合的所测量目标与接收基阵的y坐标轴的夹角，所测量目标与接收基阵的y坐标轴的夹角的平均值
【文档编号】G01S5/22GK103926563SQ201410150901
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月15日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】孙大军, 郑翠娥, 张居成, 李昭, 张殿伦, 勇俊, 李想, 韩云峰, 王永恒 申请人:哈尔滨工程大学