一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法
专利汇可以提供一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种超短基线 水 声 定位 系统系统误差的水池校准方法，该方法包括如下步骤：1)建立初始 坐标系 和基阵坐标系，并将基阵坐标系与初始坐标系的相吻合；2)根据步骤1)建立的坐标系获取13#阵列与24#阵列的夹 角 ；3)根据步骤1)建立的坐标系进行通道一致性校准以及阵列声中心的 位置 校准。本发明针对成阵后基元自身的相对位置进行了精确校准，包括对角基元连线的夹角、阵列声中心的位置、阵列孔径和通道一致性校准，为超短基线提供精确的位置校准数据，可提高超短基线工作时的定位 精度 。，下面是一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法专利的具体信息内容。
1.一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立初始坐标系和基阵坐标系，并将基阵坐标系与初始坐标系的相吻合，所述初始坐标系为以水池实验中转台旋转杆所处位置为原点，X轴与水池的长边平行，Y轴与水池的宽边平行；所述基阵坐标系为基阵中心为原点，分别以十字交叉的两个直线阵为X、Y轴，其中1#、3#水听器阵列为X轴，2#、4#水听器阵列为Y轴；
2)在步骤1)的1#到3#水听器延长线上或2#到4#水听器延长线上的设定距离处设置发射换能器，通过发射换能器发射正弦信号，由各水听器接收信号，所述发射换能器与基阵辐射面入水深度相同；旋转基阵并根据基阵旋转前后1#、3#水听器阵列或2#、4#水听器阵列中两水听器接收的信号获取2#、4#水听器相位差为0度时的连线与1#、3#水听器相位差为0度时连线间的夹角
3)在步骤1)的1#到3#水听器延长线上或2#到4#水听器延长线上的设定距离处设置发射换能器，由各水听器接收信号，所述发射换能器与基阵辐射面入水深度相同；旋转基阵并根据基阵旋转前后1#、3#水听器阵列或2#、4#水听器阵列中两水听器接收的信号来获取1#、
3#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d和1#、3#水听器阵列孔径l，并根据l获取1#、
3#水听器接收信号的固有相位差 以及获取2#、4#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d1和2#、4#水听器阵列孔径l1，并根据l1获取2#、4#水听器接收信号的固有相位差
2.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2)旋转基阵并根据基阵旋转前后1#、3#水听器阵列或2#、4#水听器阵列中两水听器接收的信号获取2#、4#水听器相位差为0度时的连线与1#、3#水听器相位差为0度时连线间的夹角具体包括：
若发射能器设置在1#、3#水听器阵列的延长线上，则包括如下步骤：
2.1)通过声速剖面仪测出此水深声速c；
2.2)分别记录2#、4#水听器接收信号并分析两信号的相位差，通过旋转基阵确保2#、4#接收水听器的信号同时到达即相位差为0°，记录此时转台旋转的角度值
2.3)继续顺时针旋转基阵并分析1#、3#水听器的接收信号的相位差，确保1#、3#水听器信号同时到达并记录此时回转装置角度值
2.4)根据步骤2.2)的角度值 和步骤2.3)角度值 获取
若发射能器设置在2#、4#水听器阵列的延长线上，则包括如下步骤：
2.1’)通过声速剖面仪测出此水深声速c；
2.2’)分别记录1#、3#水听器接收信号并分析两信号的相位差，通过旋转基阵确保1#、
3#接收水听器的信号同时到达即相位差为0°，记录此时转台旋转的角度值
2.3’)继续顺时针旋转基阵并分析2#、4#水听器的接收信号的相位差，确保2#、4#水听器信号同时到达并记录此时回转装置角度值
2.4’)根据步骤2.2’)的角度值 和步骤2.3’)角度值 获取
3.根据权利要求2所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2.4)和步骤2.4’)中计算2#、4#水听器连线和1#、3#水听器连线的夹角采用如下公式获得：
4.根据权利要求2所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2.2)、步骤2.3)、步骤2.2’)和步骤2.4’)通过Matlab鉴相器算法分析2#、
4#水听器接收信号的相位差和1#、3#水听器接收信号的相位差。
5.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤3)获取1#、3#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d和1#、3#水听器阵列孔径l，并根据l获取1#、3#水听器接收信号的固有相位差 以及获取2#、4#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d1和2#、4#水听器阵列孔径l1，并根据l1获取2#、4#水听器接收信号的固有相位差 具体包括：
若发射能器设置在1#、3#水听器阵列的延长线上，则包括如下步骤：
3.1)保持发射换能器和基阵不动，同时记录1#、3#水听器接收信号截取1#、3#水听器接收信号或2#、4#水听器信号整数个周期的稳态波形做DFT分析，得出1#、3#水听器接收信号相位
3.2)将1#、3#水听器阵列以转台旋转杆旋转180°，保持发射换能器和基阵不动，同时记录1#、3#水听器接收信号，截取1#、3#水听器接收信号的整数个周期的稳态波形做DFT分析，得出1#、3#水听器接收信号的相位
3.3)根据步骤3.1)和3.2)获取的相位值分别计算对应1#水听器的相位差 3#水听器的相位差 以及1#、3#水听器间的相位差旋转后 和旋转前 根据获取的相位值和 计算1#、3#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d和1#、3#水
听器阵列孔径l，并根据l获取1#、3#水听器接收信号的固有相位差
若发射能器设置在2#、4#水听器阵列的延长线上，则包括如下步骤：
3.1’)保持发射换能器和基阵不动，同时记录2#、4#水听器接收信号，截取2#、4#水听器信号整数个周期的稳态波形做DFT分析，得出2#、4#水听器接收信号相位
3.2’)将2#、4#水听器阵列以转台旋转杆旋转180°，保持发射换能器和基阵不动，同时记录2#、4#水听器接收信号，截取2#、4#水听器接收信号的整数个周期的稳态波形做DFT分析，得出2#、4#水听器接收信号的相位
3.3’)根据步骤3.1’)和3.2’)获取的相位值分别计算对应2#水听器的相位差 4#水听器的相位差 以及2#、4#水听器间的相位差旋转后 和旋转前 根据获取的相位值 和 计算2#、4#水听器阵列中心与转台旋转杆之间的距离d1和2#、
4#水听器阵列孔径l1，并根据l1获取2#、4#水听器接收信号的固有相位差
6.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤3.3)中1#、3#水听器的各参数值通过如下表达式获取：
其中，为1#水听器旋转前接收信号相位， 为1#水听器旋转后接收信号相位， 为3#水听器旋转前接收信号相位， 为3#水听器旋转后接收信号相位；
根据1#、3#水听器阵列旋转前后，1#、3#水听器自身接收信号的相位差关系以及1#、3#两个水听器间接收信号的相位差关系，有：
其中，w＝2πf为信号角频率，l为1#、3#阵列的孔径，d为阵列设计等效声中心与实际等效声中心的位置偏差，c为在此水深处声速；
由式(1-6)和(1-7)联立方程组，得：
将式(1-10)代入式(1-8)以及式(1-9)中，得：
所述步骤3.3’)中2#、4#水听器的各参数值通过如下表达式获取：
其中， 为2#水听器旋转前接收信号相位， 为2#水听器旋转后接收信号相位， 为4#水听器旋转前接收信号相位， 为4#水听器旋转后接收信号相位。
根据2#、4#水听器阵列旋转前后，2#、4#水听器自身接收信号的相位差关系以及2#、4#两个水听器间接收信号的相位差关系，有：
其中，w＝2πf为信号角频率，l1为2#、4#阵列的孔径，d1为阵列设计等效声中心与实际等效声中心的位置偏差，c为在此水深处声速。
由式(1-17)、式(1-18)联立方程组，得：
将式(1-21)代入式(1-19)和(1-20)中，得：
7.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中发射换能器发射f＝20KHz的正弦信号。
8.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述水池的长度范围为10-15米、宽度范围为5-8米，深度范围为8-10米。
9.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中发射换能器与其共线上较近的水听器间距离为5米。
10.根据权利要求1所述的一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤3)中发射换能器与基阵辐射面入水深度为3米。
一种超短基线水声定位系统系统误差的水池校准方法
技术领域
背景技术
发明内容
2#、4#水听器阵列孔径l1，并根据l1获取2#、4#水听器接收信号的固有相位差[0031] 更进一步地，所述步骤3.3)中1#、3#水听器的各参数值通过如下表达式获取：
具体实施方式
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