无外部信息辅助的主动式声呐时间开窗导航定位模型

作     者：薛树强 杨诚 卞加超 杨文龙 赵爽 

作者机构：中国测绘科学研究院 中国地质大学(北京)土地科学技术学院 山东大学空间科学与物理学院 

出 版 物：《武汉大学学报(信息科学版)》 (Geomatics and Information Science of Wuhan University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：082403[工学-水声工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点基金(41931076) 崂山实验室科技创新项目(LSKJ202205100,LSKJ202205105) 

主　　题：海底基准 水下导航 声学导航 状态估计 开窗估计 

摘      要：受限于海底导航信标时间同步的固有难度，水下导航通常采用主动式定位模型。然而，该模型总是不适定的，即每个观测对应载体信号收发时刻的两个待定点。忽略载体运动，可取0.5倍的信号往返程传播时间作为观测值进行定位，但这必然引入模型误差，特别是深海场景或载体高速运动情形。若使用多普勒测速或惯导等航位推算信息，则会导致声呐导航依存于外部信息。对此，本文提出了一种附加载体运动学参数的主动式声呐时间开窗导航定位模型，实现了载体位置、速度、加速度等信息的联合估计，在实时输出载体当前时刻坐标信息的同时，实现了载体任意时刻运动状态信息的获取，解决了主动式定位模型的不适定性问题；同时，提出了时间开窗导航定位精度几何因子（TRDOP），以评估时间开窗导航定位构型强度。研究表明，TRDOP可很好刻画时间开窗导航定位构型优劣，且时间开窗导航定位模型显著优于传统空间交会定位模型。在日本公开数据集上的测试结果显示，主动式声呐时间开窗导航定位模型的导航定位精度优于5m，且窗口中间时刻定位精度更高。