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平台运动对声学导航圆交汇模型的影响及误差分析

付进 李静 孙思博

引用本文: 付进, 李静, 孙思博. 平台运动对声学导航圆交汇模型的影响及误差分析[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT190438 shu
Citation:  . Influence of Platform Movement on Acoustic Navigation Circle Intersection Model and Error Analysis[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT190438 shu

平台运动对声学导航圆交汇模型的影响及误差分析

    作者简介: 付进: 女,1981年生,教授,研究方向为水下定位与导航、水声信号处理等;
    李静: 女,1995年生,博士生,研究方向为水下定位与导航、水声信号处理等;
    孙思博: 男,1987年生,讲师,研究方向为水下定位与导航、水声信号处理等
    通讯作者: 孙思博,sunsibo@hrbeu.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFC0306900),国家自然科学基金(61801138),国家重点研发计划省级资金资助项目(GX18C019),青岛海洋科学与技术国家实验室开放基金(QNLM2016ORP0102),水声技术重点实验室稳定支持课题(SSJSWDZC2018011)

摘要: 声学导航技术被广泛应用于水下机动平台的自主导航。常用的声学导航模型多为圆交汇模型,该模型结构简单,计算方便,但未考虑平台运动影响,是一种静止模型。平台运动条件下,平台接收各水下声信标(水下星站节点)的时间及所处空间位置不同,即时间和空间存在差异性,会产生模型失配,影响导航精度。针对上述问题,该文推导了由平台运动造成的模型失配误差公式,定量分析了运动对导航精度的影响以及误差的空间分布规律,着重研究了航速、航向角等航行参数对导航精度的影响规律,并进行了仿真验证。研究结果表明:仅考虑平台运动的影响时,声学导航圆交汇模型的失配误差存在,且与平台在阵内的空间位置有关,其导航精度空间特性呈近似的同心椭圆分布;模型失配误差还与平台航行参数有关,模型失配误差对速度变化敏感,随着航行速度增大,呈近似线性趋势增大,影响严重;航向角对全局精度变化范围影响小,主要影响模型失配误差的空间分布,体现为一种随航向角“旋转”的特性,且椭圆横轴方向与平台运动方向趋于一致。

English

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  • 图 1  圆交汇原理示意图

    图 2  运动平台时空不统一示意图

    图 3  模型失配误差空间分布

    图 4  导航误差空间分布特性

    图 5  不同位置处模型失配误差随$v$的变化趋势及其斜率

    图 6  ${m_{i - 1}}$$\theta $的变化趋势

    图 7  ${n_{i - 1}}$$\theta $的变化趋势

    图 8  不同位置处模型失配误差随$\theta $的变化趋势

    图 9  不同航向角运动平台模型失配误差分布图

    表 1  布阵参数表(m)

    声信标编号横坐标x纵坐标y深度坐标z
    1#0060
    2#3000060
    3#3000300060
    4#0300060
    下载: 导出CSV

    表 2  其他误差源参数表

    声传播时延误差声速测量误差声信标阵位误差
    0.4 ms0.4 m/s1 m
    下载: 导出CSV

    表 3  各点斜率均值及方差

    序号均值方差
    A2.260.0006996
    B1.620.0001518
    C2.570.0009223
    D1.360.0000011
    E2.290.0006722
    F1.580.0000471
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图(9)表(3)
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  • 通讯作者:  孙思博, sunsibo@hrbeu.edu.cn
  • 收稿日期:  2019-06-17
  • 录用日期:  2020-03-15
  • 网络出版日期:  2020-04-16
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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