CN119511199A 线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法及系统 （中国石油大学(华东)）

线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法则求解观测量对AUV位置坐标的梯度，基于高斯在线性声剖面条件下可以获得更加准确的位置2位置坐标，构造线性声剖面条件下水声观测模型，得到信号传播时间与AUV位置之间的关S5，计算水声信号传播时间相对于位置变量的2.根据权利要求1所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征在k时刻与k_i,i≥1时刻AUV位置变kk3.根据权利要求1所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征34.根据权利要求2所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征定义时间窗口宽度为N，采用从k_N到k时刻内接收到的水声信号传播k_i为k_i时刻的虚拟观测量；4b,i为第i个虚拟信标的x轴位置坐标，yb,i为第i个虚拟信标的y轴位置坐标5.根据权利要求2所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征566.根据权利要求4所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征77.根据权利要求5所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征在于，根据当前迭代周期估计出来的AUV位置推算出来的水声信号传播时间的方88.根据权利要求1所述的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，其特征9.一种线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿如权利要求1-8任意一项所述线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法，该系统结合所存储的航位推算数据构造虚拟长基线阵列；结合线性声剖面下的水声传播时间与9[0002]水下航行器(AUV)被广泛应用于水下搜救、水下作业以及海洋环境数据采集等任务中。AUV需要实时获得自身的位置坐标才可以保证运动控制的精度和所采集数据的有效[0003]目前的水下单信标定位方法通常会假设水声声速为恒定的，直接以AUV与信标之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；信号传播时间观测值综合为向量i,将所有的N+1个真实水声信号传播时间综合为向量tk，[0071]其中，为j+1次迭代获得的位置估计，为第j次迭代获得的位置估计，间对y方向位置坐标的偏导数，为水声信号传播时间对z方向位置坐标的偏导数，[0090]进一步，根据当前迭代周期估计出来的AUV位置推算出来的水声信号传播时间的方法为：中大于0的；将第j次迭代获得的位置坐标带入上述方程，得到水声信号传播时间向量[0103]本发明的另一目的在于提供一种线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位链式法则求解观测量对AUV位置坐标的梯度，基于高斯牛顿方法迭代求解非线性最小二乘信号，AUV通过所搭载的多普勒测速仪结合姿态传感器进行航位推算并记录存储航位推算基于链式法则求解观测量对AUV位置坐标的梯度，基于高斯牛顿方法迭代求解非线性最小水声测距的水下定位方法。目前常见的处理方法为忽略信道的折射直接采用恒定声速值，[0109]图1是本发明实施例提供的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法流用能力。本发明针对线性声剖面条件下水声声速随深度变化引起的声传播信道折射问题，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；信号传播时间观测值综合为向量i,将所有的N+1个真实水声信号传播时间综合为向量tk，[0202]其中，为j+1次迭代获得的位置估计，为第j次迭代获得的位置估计，间对y方向位置坐标的偏导数，为水声信号传播时间对z方向位置坐标的偏导数，[0221]优先的，根据当前迭代周期估计出来的AUV位置推算出来的水声信号传播时间的方法为：中大于0的；将第j次迭代获得的位置坐标带入上述方程，得到水声信号传播时间向量[0235]本发明实施例提供的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位方法的伪代[0239]实施例2，本发明实施例提供的线性声剖面条件下的水下单信标高斯牛顿定位系所存储的航位推算数据构造虚拟长基线阵列；结合线性声剖面下的水声传播时间与AUV位用距离来估计AUV位置坐标。方法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maximumlikelihoodmobilelocationusingsemidefiniteprogramming.In2004IEEEInternationalConferenceonAcoustics,Speech,andSignalProcessing,volume2,pagesii–145,2004.中的半定规划方法求解虚拟长基线定位问题(将其记作R_角和俯仰角观测标准差为0.03°,艏向角观测标准差为0.3°,水声信号传播时间标准差为[0242]采用Bellhop水声仿真工具箱来产生AUV运动过程中水声声线以及真实的水声信标准差为1的高斯随机数。R_SDR1与R_SDR2方法采用Matlab软件的CVX工具箱求解，采用sedumi求解器，且求解精度设置为最高，见文献MichaelGrantandStephenBoyd.CVX:Matlabsoftwarefordisciplinedconvexprogramming,version2.0beta.https:///cvx,September2013.和文献MichaelGrantandStephenBoyd.Graphimplementationsfornonsmoothconvexprograms,RecentAdvancesinLearningandpages95_110,LectureNotesinControlandInformationScie