超短基線水聲定位系統(tǒng)(存儲版)
【正文】 考位置 ? 用長基線的方法確定應(yīng)答器的參考位置 xRef R e fE a r t h xxi ??εA r r a yA l i g nA t tGP SE a r t h xxx BB??ii TiQ εε?? ),(A lig n ??? ????δ為由船坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的 方向余弦矩陣 ，它由船的航向角 φ、橫搖角 α和縱傾角 β的正 、余弦構(gòu)成 。)0( xddhddhR iriririr ????????? ???????)1()()0( eiririr ??? ??? ? ? ? )3(1212 22)0( xddhddhR iriririr ???????? ???????式 (1)+式 (2) 得 ? ? ? ? )5(2)0()0()(iriririreir????? ?????? ? ?22)(12 iririreir ddh ???????????式 (3)和式 (4)代入式（ 5） 得 2021/6/16 41 ? 超短基線系統(tǒng)的海上校準(zhǔn) ? 進(jìn)行標(biāo)校的目的：解決系統(tǒng)誤差 ? 標(biāo)校：針對系統(tǒng)誤差進(jìn)行校準(zhǔn) ?陣元相位誤差 －－測量在水池進(jìn)行 ?陣元間距誤差 －－制作基陣時(shí)保證 ? 需要的傳感器 ? 垂直參考設(shè)備－－測量基陣姿態(tài)角（縱、橫搖角），姿態(tài)傳感器，姿態(tài)測量儀。 ? 再次轉(zhuǎn)動(dòng)基陣約 180176。 2021/6/16 22 改善超短基線定位系統(tǒng)定位精度的措施 ? 采用寬帶信號提高定位精度 ? 兩陣元信號的時(shí)間差為 ? 則位置坐標(biāo)為 ? 測量時(shí)延的方法：相關(guān)法 、 前沿法 （ 精度不高 ） cd mm?? c os?dRcRX mxmxa?? ?? c osdRcRY mymya?? ?? c os 2021/6/16 23 改善超短基線定位系統(tǒng)定位精度的措施 ? 采用寬帶信號提高定位精度 ? 假設(shè)接收信號的時(shí)延為 t0， 則輸入信號為 ? 參考信號為 ? 其中 β =B/T 稱為調(diào)頻斜率 ， B為信號帶寬 。 ? 以前采用單頻信號時(shí)，對信號處理的手段未進(jìn)行較深入地研究，存在此種問題。 ? 結(jié)論： 超短基線系統(tǒng)只在基陣下方一個(gè)有限的錐體內(nèi)定位精度較高 ? 改進(jìn)措施：加大基陣尺寸；采用寬帶信號 ? ? 21222222122222 ??????? ?????????????????????? ???????? ???????? ???????? dd dT Tc cdX22yx ??? ??mc o s2 ???? d?→0 2021/6/16 15 超短基線定位系統(tǒng)定位誤差分析 ? 誤差與 θ m 的 變化關(guān)系 ? 注意：衡量相對定位誤差時(shí)，兩個(gè)相對誤差公式計(jì)算的量值隨 θ m的減小的趨勢是不同的。 d 2021/6/16 5 入射角和深度方式（非同步信標(biāo)信標(biāo)方式）位置解算 R與信標(biāo)的坐標(biāo) Xa,Ya及深度的關(guān)系為 2222 hXYR aa ???2aXmya RY ?222 c os?而 從而解得 mymxmyahY???22 c o sc o s1c o s????mymxmxahX???22 c osc os1c os????θmx ,θ my是通過相位差測量而得到的 mxR ?22 c o s?2021/6/16 6 入射角和深度方式（非同步信標(biāo)信標(biāo)方式）位置解算 mc o s2 ???? d?????????? ?d????2c os121mx????????? ?d????2c os131my因此有 兩個(gè)水聽器接收信號的相位差 Φ與信號入射角 θm的關(guān)系為 由于基陣尺寸甚小，可認(rèn)為是遠(yuǎn)場接收的情況，即入射到所有基元的聲線平行。 ? 聲頭可以安裝在船體的底部 ， 也可以懸掛于小型水面船的一側(cè) 。 在水平面內(nèi)以極坐標(biāo)形式給出 mymxmyahY???22 c o sc o s1c o s????mymxmxahX???22 c osc os1c os????????????? ?d????2c os 121mx????????? ?d????2c os 131my2021/6/16 9 應(yīng)答器 T 入射角與距離算法（應(yīng)答器或響應(yīng)器方式） ? 目標(biāo)斜距 ? 若使用應(yīng)答器代替信標(biāo) ? 通過相位測量得到角度，直接求出位置坐標(biāo) ? 應(yīng)答器深度 RTcTR ,21?RcTR ?mxa RX ?c o s?mya RY ?c o s?mymxa RhZ ??22 c osc os1 ????若使用響應(yīng)器 ????????? ?d????2c os121mxmymxmxahX???22 c osc os1c os????2021/6/16 10 超短基線定位系統(tǒng)定位誤差分析 ? 一般 ， 誤差以水平位置誤差與斜距之比度量（ 相對誤差 ） 。結(jié)果，使得計(jì)算的不正確。 ? 增加 d的限制 ? 當(dāng) dλ/2， 陣元間最大相位差將會(huì)落在區(qū)間 [π,π] 之外 ， 結(jié)果造成相位差測量模糊 ， 致使位置解算發(fā)生錯(cuò)誤 。 ? 采樣間隔： 令時(shí)延測量誤差等于采樣周期的一半 ，即 。 ? 定位時(shí)，在時(shí)間測量，計(jì)算信號入射角時(shí)，扣除這一附加相位差。,α 39。,β 39。 若在基陣安裝時(shí)船的框架未與基陣框架配準(zhǔn)，則須進(jìn)行額外的旋轉(zhuǎn)變換 BAlign常數(shù)矩陣，由 3個(gè)角度偏移量決定 以應(yīng)答器地理坐標(biāo)為觀測值，以（ α,β,γ）為未知數(shù)，利用參數(shù)估計(jì)法估計(jì)參數(shù)。)0( ???????Ri Rd 陣中心 2021/6/16 40 ? 基元相位差校準(zhǔn) 3） 當(dāng)測量不滿足遠(yuǎn)場條件時(shí) 陣中心 Ri Rd )2()()0( eiririr ??? ????? ? ? ? )4(1212 2239。同時(shí)記錄垂直的另外兩基元的接收相位差。 ? 測時(shí)誤差與采樣間隔有關(guān) ， 當(dāng)采樣間隔被硬件的能力限制時(shí) ， 需要采用插值法 ， 來提高測時(shí)精度 。 ? “ 跳象限 ” 的情況主要由水面反射引起，可通過信號處理的方法解決。 ? 隨 θmx ,θ my 減小，前
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