第3章-超短基线水声定位系统课件.ppt

1、2022-12-26123测量声线测量声线 已知已知将测得的斜距、将测得的斜距、入射角与深度组入射角与深度组合，从而提高定合，从而提高定位精度。位精度。4d5R与信标的坐标与信标的坐标Xa,Ya及深度的关系为及深度的关系为2222hXYRaa2aXmyaRY222cos而而从而解得从而解得mymxmyahY22coscos1cosmymxmxahX22coscos1cosmx,my是通过相位差测量而得到的是通过相位差测量而得到的 mxR22cos6mcos2dd2cos121mxd2cos131my因此有因此有两个水听器接收信号的相位差两个水听器接收信号的相位差与与信号入射角信号入射角m的关系

2、为的关系为由于基阵尺寸甚小，可认为是远场接收的情由于基阵尺寸甚小，可认为是远场接收的情况，即入射到所有基元的声线平行。况，即入射到所有基元的声线平行。20tfctcosdm7算法小结算法小结d2cos121mxd2cos131my mymxmyahY22coscos1cosmymxmxahX22coscos1cos先测得两换先测得两换能器接收信能器接收信号的相位差，号的相位差，然后利用公然后利用公式解算信标式解算信标在船坐标系在船坐标系下的位置坐下的位置坐标。标。8 2113111tantantanmxmyaaconconXY22aaYXr，r在某些场合，要求目标的坐标，要以水平距离和水平面内

3、的目在某些场合，要求目标的坐标，要以水平距离和水平面内的目标方位角给出。标方位角给出。在水平面内以极坐标形式给出在水平面内以极坐标形式给出mymxmyahY22coscos1cosmymxmxahX22coscos1cosd2cos121mxd2cos131my9应答器TRTcTR,21RcTR mxaRXcosmyaRYcosmymxaRhZ22coscos1若使用若使用响应器响应器d2cos121mxmymxmxahX22coscos1cos1011dRRXa2cos12mxdRRYa2cos13my2/1222132222122441ddRZamcos2dddRdRdRRdXa21212

4、121212222ddRRXXaa121212ddRRXXaa1212cTR 0/fcccTTRRcccf01ddccTTXXaa12122ddTTccdRXa12121222dRXa2121321222222122222dddTTccdX21322222132222 dddTTccdY222/RXX22yx总的均方误差ddTTccdXXRXmxaaa12121222cos1421222222122222dddTTccdX22yxmcos2d152121222121222222 ddccTTXXXaaax12012121222cosdfcdRmxxmxdcos212dRcosRXa212mx1

5、617121222dRRdXa18SNRBt1mxsin12SNRdTB/100nKTnESNRTt19mxdcos221mydcos265mxDcos241myDcos285 DRRxmx2cos41DRRymy2cos85 414122DRRDXa位置测量误差减小到原来的位置测量误差减小到原来的d/D=1/N倍倍，即方位测量精度提高即方位测量精度提高N倍倍 20 414122DRRDXa)8 ,8(4121 22cdmmcosdRcRXmxmxacosdRcRYmymyacos 23其它 ,0 ,sin)(00200tTttttttAtsi其它 ,00 ,sin)(2TtttAtsr ,0

6、 t-t ,cos1sin000002其它TttTttttttTAtRout24 ,0 t-t ,cos1sin000002其它TttTttttttTAtRoutdtcRxxcdTxs22/sTt dRcRXmxmxacos25 tanrrAB cos22rrBAtr 1111sincosrrBArr2222sincosrrBArr 3333sincosrrBArr 212112sinsinsinrrAr211221sincoscosrrBrtBtAtrrrsincos)(26321312213sinsinsinrrrsT2312ssssssTrTTrTrTrTrsincossin2 sin2

7、sinsin121232312cosrrrTs2312arccos21rrrTfs 3333sincosrrBArr27kt000)(rtr31k cos22rrBAtr310,t28212112sinsinsinrrAr211221sincoscosrrBrtanrrAB cos22rrBAtr31kkt029)(sinsincoscos )(cos)(knkAkAknkAkxxxxkAkrrSsin)(kAkrrCcos)()()(2)()1(krkekWkWSSS)()(2)()1(krkekWkWCCC)()()(kykxke)()()()()(krkWkrkWkyCCSS30)()(

8、)()()(krkWkrkWkyCCSS)(sinsincoscos)(knkAkAkxxxsin)(rxSAAkWcos)(rxCAAkW)()(tankWkWCS)/(22秒弧度SrTABkAkrrSsin)(kAkrrCcos)(31)()(tankWkWCS)()(tan1111kWkWCS)()(tan2212kWkWCS32)()(tan1111kWkWCS)()(tan2212kWkWCS1212112tantan1tantantan212121211tanSSCCCSSCWWWWWWWW)()1(1)()1(kWkWNkWkWNkkWNW1)(1212121211tanSSCC

9、CSSCWWWWWWWW33340)sin(2)()(2121ed)(2323)cos(2)(ed350)sin(2)()(2121ed)(2323)cos(2)(ed-36)3(0)sin(2)()(2121ed)4()cos(2)()(2323ed)1(0)sin(2)()(2121ed)2()cos(2)()(2323edn由由(2)(4)式，可得式，可得22323)(23e3722323)(23e)(2323)cos(2)(ed)(2121)sin(2)(ed)(2323)cos(2)(ed)(21)(2121)sin(2)sin(2)(eedd22121)(21e因此可直接得到因此可

10、直接得到38阵中心)()0(eiririr2/1222/122hxdhxdRirirRiRrxddhddhRiririr12122xddhddhRiriririr121222)0(39ir)()0(eiririrxddhddhRiriririr121222)0(RiRd阵中心40阵中心RiRd)2()()0(eiririr)4(121222)0(xddhddhRiriririr)1()()0(eiririr)3(121222)0(xddhddhRiriririr式式(1)+式式(2)得得)5(2)0()0()(iriririreir22)(12iririreirddh式式(3)和式和式(4)代

11、入式（代入式（5）得得4142RefEarthxxiArrayAlignAttGPSEarthxxxBB为由船坐标系向大地坐为由船坐标系向大地坐标系转换的标系转换的方向余弦矩方向余弦矩阵阵，它由船的航向角，它由船的航向角、横摇角横摇角和纵倾角和纵倾角的正的正、余弦构成余弦构成。由基阵坐标系向船坐标系由基阵坐标系向船坐标系转换的方向余弦矩阵，称转换的方向余弦矩阵，称为为失配矩阵失配矩阵，它也由，它也由3 3个个角度（角度（,）的）的正、余弦构成。正、余弦构成。为用为用GPS测得的测得的大地坐标船位大地坐标船位（天线位置）（天线位置）应答器在基阵坐应答器在基阵坐标系中的位置标系中的位置 43 444546RefEarthxxiArrayAlignAttGPSEarthxxxBBiiTiQ),(Align为由船坐标系向大地坐为由船坐标系向大地坐标系转换的标系转换的方向余弦矩方向余弦矩阵阵，它由船的航向角，它由船的航向角、横摇角横摇角和纵倾角和纵倾角的正的正、余弦构成余弦构成。由基阵坐标系向船坐标系由基阵坐标系向船坐标系转换的方向余弦矩阵，称转换的方向余弦矩阵，称为为失配矩阵失配矩阵，它也由，它也由3 3个个角度（角度（,）的）的正、余弦构成。正、余弦构成。为用为用GPS测得的测得的大地坐标船位大地坐标船位（天线位置）（天线位置）应答器在基阵坐应答器在基阵坐标系中的位置标系中的位置