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平臺運動對聲學導航圓交匯模型的影響及誤差分析

付進 李靜 孫思博

付進, 李靜, 孫思博. 平臺運動對聲學導航圓交匯模型的影響及誤差分析[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(7): 1652-1660. doi: 10.11999/JEIT190438
引用本文: 付進, 李靜, 孫思博. 平臺運動對聲學導航圓交匯模型的影響及誤差分析[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(7): 1652-1660. doi: 10.11999/JEIT190438
Jin FU, Jing LI, Sibo SUN. Influence of Platform Movement on Acoustic Navigation Circle Intersection Model and Error Analysis[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1652-1660. doi: 10.11999/JEIT190438
Citation: Jin FU, Jing LI, Sibo SUN. Influence of Platform Movement on Acoustic Navigation Circle Intersection Model and Error Analysis[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(7): 1652-1660. doi: 10.11999/JEIT190438

平臺運動對聲學導航圓交匯模型的影響及誤差分析

doi: 10.11999/JEIT190438 cstr: 32379.14.JEIT190438
基金項目: 國家重點研發(fā)計劃(2017YFC0306900),國家自然科學基金(61801138),國家重點研發(fā)計劃省級資金資助項目(GX18C019),青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室開放基金(QNLM2016ORP0102),水聲技術(shù)重點實驗室穩(wěn)定支持課題(SSJSWDZC2018011)
詳細信息
    作者簡介:

    付進:女,1981年生,教授,研究方向為水下定位與導航、水聲信號處理等

    李靜:女,1995年生,博士生,研究方向為水下定位與導航、水聲信號處理等

    孫思博:男,1987年生,講師,研究方向為水下定位與導航、水聲信號處理等

    通訊作者:

    孫思博 sunsibo@hrbeu.edu.cn

  • 中圖分類號: TN911.7

Influence of Platform Movement on Acoustic Navigation Circle Intersection Model and Error Analysis

Funds: The National Key R&D Program of China (2017YFC0306900), The National Natural Science Foundation of China (61801138), The Provincial Funding Projects of National Key R&D Program of China (GX18C019), Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Open Found (QNLM2016ORP0102), The Stable Supporting Fund of Acoustic Science and Technology Laboratory (SSJSWDZC2018011)
  • 摘要:

    聲學導航技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水下機動平臺的自主導航。常用的聲學導航模型多為圓交匯模型,該模型結(jié)構(gòu)簡單,計算方便,但未考慮平臺運動影響,是一種靜止模型。平臺運動條件下,平臺接收各水下聲信標(水下星站節(jié)點)的時間及所處空間位置不同,即時間和空間存在差異性,會產(chǎn)生模型失配,影響導航精度。針對上述問題,該文推導了由平臺運動造成的模型失配誤差公式,定量分析了運動對導航精度的影響以及誤差的空間分布規(guī)律,著重研究了航速、航向角等航行參數(shù)對導航精度的影響規(guī)律,并進行了仿真驗證。研究結(jié)果表明:僅考慮平臺運動的影響時,聲學導航圓交匯模型的失配誤差存在,且與平臺在陣內(nèi)的空間位置有關(guān),其導航精度空間特性呈近似的同心橢圓分布;模型失配誤差還與平臺航行參數(shù)有關(guān),模型失配誤差對速度變化敏感,隨著航行速度增大,呈近似線性趨勢增大,影響嚴重;航向角對全局精度變化范圍影響小,主要影響模型失配誤差的空間分布,體現(xiàn)為一種隨航向角“旋轉(zhuǎn)”的特性,且橢圓橫軸方向與平臺運動方向趨于一致。

  • 圖  1  圓交匯原理示意圖

    圖  2  運動平臺時空不統(tǒng)一示意圖

    圖  3  模型失配誤差空間分布

    圖  4  導航誤差空間分布特性

    圖  5  不同位置處模型失配誤差隨$v$的變化趨勢及其斜率

    圖  6  ${m_{i - 1}}$$\theta $的變化趨勢

    圖  7  ${n_{i - 1}}$$\theta $的變化趨勢

    圖  8  不同位置處模型失配誤差隨$\theta $的變化趨勢

    圖  9  不同航向角運動平臺模型失配誤差分布圖

    表  1  布陣參數(shù)表(m)

    聲信標編號橫坐標x縱坐標y深度坐標z
    1#0060
    2#3000060
    3#3000300060
    4#0300060
    下載: 導出CSV

    表  2  其他誤差源參數(shù)表

    聲傳播時延誤差聲速測量誤差聲信標陣位誤差
    0.4 ms0.4 m/s1 m
    下載: 導出CSV

    表  3  各點斜率均值及方差

    序號均值方差
    A2.260.0006996
    B1.620.0001518
    C2.570.0009223
    D1.360.0000011
    E2.290.0006722
    F1.580.0000471
    下載: 導出CSV
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  • 加載中
圖(9) / 表(3)
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  • 被引次數(shù): 0
出版歷程
  • 收稿日期:  2019-06-17
  • 修回日期:  2020-03-15
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2020-04-16
  • 刊出日期:  2020-07-23

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