CN119395632A 可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法及系统 （中国石油大学(华东)）

可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法虚拟长基线阵列；结合水声信号传播时间与AUV位方程，基于加权最小二乘法获得AUV位置初步解；进而通过探索辅助变量与AUV位置之间的关2计未知声速的单信标虚拟长基线定位解法，完成AUV位置与声速的联合估计，包括以下步融合AUV航位推算信息，利用时间窗口宽度N内所有的水声信号根据辅助变量与AUV位置之间的关系，结合初步估计的结果，以AU结合第二步线性估计问题的估计值与AUV位置的初步估计值，计算最终的声速估计值2.根据权利要求1所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征根据DVL检测出来的AUV随体坐标系下速度与姿态传感器检测出来的AUV姿态，构造航3.根据权利要求2所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征kk为AUV在k_t时刻的z方向速度；34.根据权利要求1所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征45.根据权利要求1所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征得到pk的加权最小二乘解为：5k为水加权最小二乘法得到的pk的估计方差为：6.根据权利要求5所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征7.根据权利要求1所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征2x[1:3]OAPX[1:3]=p:[1:3]oΦx[1:3]-x[1:3]Apr[5]=p:[5]-xx[1]-xr[2]-x:[3]6χk的加权最小二乘估计解为：8.根据权利要求1所述的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法，其特征9.一种可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线如权利要求1_8任意一项所述可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法实现，该AUV通过所搭载的DVL周期性的观测其随体坐标系下速度，结合姿态传感器观测到的AUV姿7到水声信标发射的水声信号后，结合已知的水声信号发射时间，获得水声信号传播时间；水声信号传播时间与AUV位置和声速之间的关系，构造虚拟长基线定位问题；引入辅助变8[0002]水下航行器(AUV)需要在水下获得精确的位置反馈，才能够保证自身运动控制的为AUV水下定位的传播媒介。而相比于目前较为常见的水下长基线定位与超短基线定位方[0007]融合AUV航位推算信息，利用时间窗口宽度N内所有的水9[0010]结合第二步线性估计问题的估计值与AUV位置的初步估计值，计算最终的声速估[0013]根据DVL检测出来的AUV随体坐标系下速度与姿态传感器检测出来的AUV姿态，构z,k_t为AUV在k_t时刻的z方向速度；b为水声信标天向坐标；计算权重W1,k以及加权最小二乘解qre[0065]2p:[1:3]OAPX[1:3]=p:[1:3]oq:[1:3]-xr[1:3][0069]APX[5]=p:[5]-xx[1]-xx[2]-xx[3][0071]DKAqk=gk-HKXK[0086]本发明的另一目的在于提供一种可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位水声信号传播时间与AUV位置和声速之间的关系，构造虚拟长基线定位问题；引入辅助变相比于基于已知声速的单信标定位方法，本发明的方法可以获得更加理想的位置估计性[0090]本发明应用过程中无需AUV利用温盐深传感器实时检测实验区域的声速剖面，可[0092]图1是本发明实施例提供的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位方法流长基线定位方程转化为伪线性方程形式；通过加权最小二乘法获得AUV位置与声速的初步乘原理构造一种可估计未知声速的单信标虚拟长基线定位解法，实现AUV位置与声速的联水声信号传播时间，以此为观测量，构造水声信号传播时间与声速以及AUV位置之间的关k-i时刻AUV的x方向位置坐标，yk-i为k-i时刻AUV的y方向位置坐标，b为水声信标天向坐标；2pz[1:3]OApr[1:3]=p:[1:3]op:[1:3]-xx[1:3][0181]APX[5]=Φ:[5]-xx[1]-xx[2]-xx[3][0202]实施例2，本发明实施例提供的可估计未知声速的水下单信标虚拟长基线定位系法1基于加权最小二乘来求解虚拟长基线定位问题(将其记作R_WLS)，方法2基于文献YanshenDu,PingWei,andHuaguoZhang.Semidefiniteprogrammingapproachesforsourcelocalizationproblems.In2014IEEEInternationalConferenceonCommunictionProblem_solving,pages339–342,2014.当中的半定规划方法来求解虚拟长基线定位问题(将其记作R_SDR1)，而方法3基于文献K.W.Cheung,W.K.H.C.So.Accurateapproximationalgorithmfortoa_basedmaximumlikelihoodmobilelocationusingsemidefiniteprogramming.In2004IEEEInternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessing,volume2,pagesii–145,轨迹，AUV的控制输入为水平舵3°,垂直舵_3°,螺旋桨转速1为10us。仿真的声速值为1530m/s，而三种基于距离观测的方法所采用的名义声速值为之前的15个水声测距观测来求解当前时刻AUV的位置坐标。R_SDR1与R_SDR2方法采用MichaelGrantandStephenBoyd.CVX:Matlabsoftwarefordisciplinedconvexprogramming,version2.0beta./cvx,September2013.和MichaelGrantandStephenBoyd.Graphimplementationsfornonsmoothconvexprograms,RecentAdvancesinLearningandControl(atributetoM.Vidyasagar),V.Blondel,S.Boyd,andH.Kimura,editors,pages95_110,LectureNotesinControlandInformationSciences,Springer,2008.http://stan明考虑声速的未知性可以在一定程度上改进单信标定位的位置估计性能。图5展示了本发可以