CN111398903A - 船载短基线定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船载短基线定位系统及方法，涉及水声定位的技术领域，包括定位基阵、应答信标、主控单元和显控计算机；其中，定位基阵包括N个定位基元，定位基元软吊在船体上；应答信标安装在水下目标上，并通过水声信号与定位基元进行通信；定位基元、主控单元和显控计算机依次相连；主控单元，用于向定位基元发送同步触发信号；定位基元，用于基于同步触发信号与应答信标进行询问应答，得到询问应答时间序列；显控计算机，用于通过主控单元接收询问应答时间序列，并基于询问应答时间序列求解传播时延信息，确定应答信标的位置坐标。本发明实施例中的定位基元软吊在船体上，无需刚性安装，可以适用于多种水下低成本定位场合。

Description

船载短基线定位系统及方法

技术领域

本发明涉及水声定位技术领域，尤其是涉及一种船载短基线定位系统及方法。

背景技术

传统的船载短基线定位系统中，定位基元需要在船上刚性安装，刚性安装定位基元需要在船上加装刚性支架或者需要对船体安装平台进行改造，这样的结构进一步限制了系统的使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船载短基线定位系统及方法，以缓解了现有技术中存在的定位基元刚性安装的方式需要在船上加装刚性支架或者需要对船体安装平台进行改造，这样的结构进一步限制了船载短基线定位系统的使用范围的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种船载短基线定位系统，其中，包括：定位基阵、应答信标、主控单元和显控计算机；其中，所述定位基阵包括N个定位基元，所述定位基元软吊在船体上；所述应答信标安装在水下目标上，并通过水声信号与所述定位基元进行通信；所述定位基元、所述主控单元和所述显控计算机依次相连；所述主控单元，用于向所述定位基元发送同步触发信号；所述定位基元，用于基于所述同步触发信号与所述应答信标进行询问应答，和/或，N个所述定位基元之间互相进行询问应答，得到询问应答时间序列；所述显控计算机，用于通过所述主控单元接收所述询问应答时间序列，基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息，并基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

进一步的，每个所述定位基元内均安装有压力传感器；所述压力传感器，用于测量所述定位基元的深度信息；其中，所述深度信息由所述定位基元获取，并经过所述主控单元发送至所述显控计算机，以使所述显控计算机基于所述定位基元的深度信息、所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

进一步的，所述系统还包括：GPS/BD定位设备；所述GPS/BD定位设备安装在基准定位基元的上方，其中，所述基准定位基元为N个定位基元中的任一所述定位基元；所述GPS/BD定位设备，用于测量基准定位基元在北东天坐标系下的位置信息。

进一步的，所述系统还包括：电子罗盘，所述电子罗盘安装在所述基准定位基元上；所述电子罗盘，用于测量所述北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角。

进一步的，所述定位基元通过RS485串口与所述主控单元通信，所述主控单元通过RS232串口与所述显控计算机通信。

第二方面，本发明实施例提供了一种船载短基线定位方法，其中，应用于显控计算机，包括：接收询问应答时间序列；其中，所述询问应答时间序列为定位基元与应答信标进行询问应答，和/或，N个定位基元之间互相进行询问应答的结果；基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息；基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

进一步的，基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息包括：获取所述定位基元的延迟发射时间，所述应答信标的延迟发射时间；基于所述定位基元的延迟发射时间、所述应答信标的延迟发射时间和所述询问应答时间序列对预设传播时延方程组进行求解，得到所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息。

进一步的，基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息包括：基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定应答信标在直角坐标系下的位置信息；获取北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角；基于所述方位偏角和所述应答信标在直角坐标系下的位置信息，确定所述应答信标在北东天坐标系下的位置信息；将所述应答信标在北东天坐标系下的位置信息确定为水下目标的位置信息。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第二方面任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，所述程序代码使所述处理器执行如上述第二方面任一项所述的方法。

本发明提供了一种船载短基线定位系统及方法，包括：定位基阵、应答信标、主控单元和显控计算机；其中，定位基阵包括N个定位基元，定位基元软吊在船体上；应答信标安装在水下目标上，并通过水声信号与定位基元进行通信；定位基元、主控单元和显控计算机依次相连；主控单元，用于向定位基元发送同步触发信号；定位基元，用于基于同步触发信号与应答信标进行询问应答，得到询问应答时间序列；显控计算机，用于通过主控单元接收询问应答时间序列，并基于询问应答时间序列求解传播时延信息，确定应答信标的位置坐标。

本发明实施例中的船载短基线定位系统中的定位基元软吊在船体上，无需刚性安装，因此本发明的船载短基线定位系统具有成本低，安装使用方便的优点，可以适用于以下多种水下低成本定位场合：水下机器人定位、水下ROV/机器人定位、渔业养殖中水下设备的定位、水下考古设备定位等，具有广泛的应用前景。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中长基线定位系统的结构示意图；

图2为现有技术中短基线定位系统的结构示意图；

图3为现有技术中超短基线定位系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种船载短基线定位系统的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种船载短基线定位系统的结构示意图；

图6为收发时序图的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种船载短基线定位方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于无线电波在水下传播会迅速衰减，因此基于声学的水声定位技术成为主流的水下导航定位手段。该水声定位技术按基线长短分类，可以分为长基线定位(LongBaseline，简称LBL)，短基线定位(Short Baseline，简称SBL)和超短基线定位(UltraShort Baseline，简称USBL)。

长基线定位系统是指基线长度可与海深相比拟的定位系统。此系统包括由多个以沉底潜标或海面浮标为基元构成的定位基阵，通过测量基元到达目标的时延计算出基元与目标之间的距离，再由其几何关系解算出目标的位置。此长基线定位系统的工作原理如图1所示，各基元在大地坐标系下的位置可通过GPS/BD定位装置进行事先测量(针对沉底潜标)或实时测量(针对海面浮标)，因此长基线定位系统解算得到的目标位置就是大地坐标系下的目标位置，无需进行姿态修正。

然而，短基线定位系统的基线长度一般在几米到几十米之间，基元一般安装刚性安装在水面测量船上，利用目标声源发出的信号到达基阵各个基元的时间差解算目标的方位和距离，其工作原理如图2所示。短基线定位系统包括3个以上的换能器组成，所有换能器构成三角形或者四边形的声基阵。声基阵坐标与船体坐标系的相互关系可在基阵刚性安装完成后进行精确测量。由于船体的航向和晃动影响，船体坐标系不等同于大地坐标系，需要配合外部传感器的观测值实现坐标系的转换，例如全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)、最大接收单元(Maximum Receive，MRU)或Gym提供船的位置、姿态、船艏向值，通过坐标旋转得到目标的大地坐标。

超短基线定位系统的基阵长度一般在几厘米到几十厘米的量级，此系统区别于前两种系统，它利用各个基元接收信号的相位差来解算目标的方位和距离，其工作原理图如图3所示。超短基线定位系统的声基阵一般采用一体化设计，同样地，声基阵坐标系与船的坐标系之间的关系要在安装时精确测定。超短基线定位系统同样需要配合外部传感器提供的船的位置、姿态、船艏向值，通过坐标旋转得到目标的大地坐标。

综上，传统的船载短基线定位系统中，定位基元需要在船上刚性安装，并且在基元安装完成后需要进行定位阵型校准和安装偏差角度校准。由于定位基元构成的定位阵型较大，且船体不是规则形状，因此若想实现精确的定位阵型校准和安装偏差角度校准，目前最好的方式是利用激光测距仪进行标校，该标校方式无疑给系统使用增加了复杂度和校准费用，一般仅大型且专用的测量船才具备这种能力和实力。同时，传统的船载短基线定位系统的各个定位基元之间一般无声学测量通道，因此无法实时进行基线长度测量和定位阵型监测。另外。刚性安装定位基元需要在船上加装刚性支架或者需要对船体安装平台进行改造，该操作进一步限制了系统的使用。

基于此，本发明实施例提供了一种船载短基线定位系统，该船载短基线定位系统中的定位基元软吊在船体上，无需刚性安装，因此本发明的船载短基线定位系统具有成本低，安装使用方便的优点，利用降低了传统系统使用的局限性，可以适用于多种水下低成本的定位场合。

实施例1：

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种船载短基线定位系统进行详细描述。

参照图4，本发明实施例提供的一种船载短基线定位系统，可以包括：定位基阵、应答信标、主控单元和显控计算机；其中，定位基阵包括N个定位基元，定位基元软吊在船体上；应答信标安装在水下目标上，并通过水声信号与定位基元进行通信；定位基元、主控单元和显控计算机依次相连；

主控单元，用于向定位基元发送同步触发信号；定位基元，用于基于同步触发信号与应答信标进行询问应答，和/或，N个定位基元之间互相进行询问应答，得到询问应答时间序列；显控计算机，用于通过主控单元接收询问应答时间序列，基于询问应答时间序列求解定位基元与应答信标之间的传播时延信息，并基于定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

在本发明实施例中，各个定位基元可以采用软吊的方式，软吊可以指利用软的缆绳对各个基元进行悬挂，因此本申请中定位基阵的阵型无需严格按照正交排布，可以根据船型特点进行灵活布放，减少安装时间和成本。

例如，该系统共设有4个定位基元，分别记作1号基元，2号基元，3号基元和4号基元，本申请可以定义1号基元为基准基元(即下述的基准定位基元)，该1号基元用于发射询问信号。另外，在对各个定位基元进行软吊时，系统可以将基准基元和2号基元安装在船的艏艉线上，以减小其左右摇摆的位置偏移，便于进行方位修正。主控单元负责上述4个定位基元的时序控制及与定位基元之间的数据通信。各个定位基元之间，定位基元与应答信标之间均利用水声信号进行通信，以确定对应的传播时延信息，并将传播时延信息上传给主控单元，并经主控单元上传给显控计算机。

系统中的应答信标工作时序简单，仅需要接收询问信号之后回复自身的应答信号即可，大大降低系统的复杂度，增加了系统的可靠性。另外，应答信标采用应答工作方式，具有功耗低，工作时间长的优势。通过该系统的时序控制技术和独特的频率时间编码技术，可以实现多个定位基元同步工作，也可以在同一个定位周期内完成各个定位基元之间、各个定位基元与应答信标之间传播时延信息的测量。

该系统中的定位基元基于同步触发信号与应答信标进行询问应答，在一个定位周期内可以同时实现定位基阵的自测阵功能和水下目标定位功能，无需额外占用系统时间开销。本申请先对该船载短基线定位系统如何实现自测阵功能进行详细描述：本申请的自测阵功能可以融合在目标定位的整个过程中，例如，该系统共设有4个定位基元，分别记作1号基元，2号基元，3号基元和4号基元，其中1号基元发射询问信号，其他基元接收该询问信号并应答的过程即为自测阵的过程，在上述过程中通过测量各个基元之间水声信号的传播时延信息τ₁₂，τ₁₃，τ₁₄，τ₂₃，τ₂₄，τ₃₄来确定各个基元之间的相对位置关系，从而确定定位基阵的阵型。然后再对该船载短基线定位系统如何实现目标定位进行详细描述：目标定位的过程是1号基元发射询问信号，应答信标接收该询问信号并应答，4个基元接收应答信标发射的应答信号的过程。同理，通过测量4个基元和应答信标之间水声信号的传播时延信息τ₁₀，τ₂₀，τ₃₀，τ₄₀来确定应答信标与4个基元之间的相对位置关系，从而确定水下目标的位置信息。由于自测阵功能和目标定位是在同一个定位周期内完成的，因此船体晃动或其他环境因素导致的阵型误差对目标定位精度的影响大大减小。

本发明实施例中的船载短基线定位系统中的定位基元软吊在船体上，无需刚性安装，因此本发明的船载短基线定位系统具有成本低，安装使用方便的优点，另外，该系统在一个定位周期内可以同时实现定位基阵的自测阵功能和水下目标定位功能，无需额外占用系统时间开销，因此该系统可以适用于以下多种水下低成本定位场合：水下机器人定位、水下ROV/机器人定位、渔业养殖中水下设备的定位、水下考古设备定位等，具有广泛的应用前景。

进一步的，每个定位基元内均安装有压力传感器；压力传感器，用于测量定位基元的深度信息；其中，深度信息由定位基元获取，并经过主控单元发送至显控计算机，以使显控计算机基于定位基元的深度信息、定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

在本发明实施例中，每个定位基元内均安装有压力传感器，因此可以获得各个定位基元的深度信息，一般情况下，深度信息的精度可以达到0.5m。该深度信息为水下目标的位置信息的计算提供了数学依据。

进一步的，该船载短基线定位系统还包括：GPS/BD定位设备；GPS/BD定位设备安装在基准定位基元的上方，其中，基准定位基元为N个定位基元中的任一定位基元；GPS/BD定位设备，用于测量基准定位基元在北东天坐标系下的位置信息。

在本发明实施例中，GPS/BD定位设备的天线可以安装在基准定位基元的上方。若GPS/BD定位设备的天线没有安装在基准定位基元上方，则可以通过坐标平移的方式获得基准定位基元的绝对位置坐标。

进一步的，该船载短基线定位系统还包括：电子罗盘，电子罗盘安装在基准定位基元上；电子罗盘，用于测量北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角。

在本发明实施例中，定位基阵的阵型自身具有空间直角坐标系，而空间直角坐标系与北东天坐标系具有一定的偏差，因此电子罗盘测到的方位偏角可以实时修正北东天坐标系和空间直角坐标系之间的偏差，在无高精度姿态测量设备的情况下，可以对目标的方位进行修正，实现高精度的目标绝对定位。

进一步的，定位基元通过RS485串口与控制单元通信，主控单元通过RS232串口与显控计算机通信。

在本发明实施例中，考虑到主控单元与显控计算机之间的距离相对较短，因此主控单元与显控计算机之间通过标准RS232串口通信，而各个定位基元与主控单元之间的距离相对较长，因此各个定位基元与主控单元之间采用标准RS485接口通信。除了数据通信外，定位基元与主控单元之间还具备同步控制线，该同步控制线同步触发各个定位基元开始工作，即实现同步应答工作。

本发明实施例提供的另一种船载短基线定位系统如图5所示，该系统主要包括：4个基元(或称为集成式收发基元、收发基元、有缆信标)、1个安装在水下目标(或称为移动目标)上的应答信标、1个主控单元和1台显控计算机(安装有显控软件的计算机)。显控计算机用于系统管理、定位解算、结果显示和状态显示。

系统中各个基元进行收发信号的收发时序图如图6所示，针对每一个基元，深框表示该基元的发射信号，浅框表示该基元的接收信号。假定同步周期的起点为T₁时刻(即0时刻)，1号基元(图6中的1#基元)在同步周期的起始点T₁时刻发射询问信号f₁，2、3、4号基元同步接收询问信号f₁之后分别回复信号f₂、f₃、f₄，2、3、4号基元接收到询问信号f₁的时刻分别为：T₁₂T₁₃T₁₄，2、3、4号基元在接收到询问信号f₁之后的延迟发射时间分别为：ΔT₂ΔT₃ΔT₄，该延迟发射时间是人为设置的已知量，该延迟发射时间可以存储在主控单元，还可以存储在显控计算机中，该延迟发射时间一般大于对接收信号的处理时间，好处在于可以排除处理时间的不确定性造成的回复时间差异。

如图6所示，2、3、4号基元发射回复信号的时刻分别为：T₂ T₃ T₄。应答信标异步接收到询问信号之后回复信号f₀，应答信标接收到询问信号的时刻为T₁₀(未知量)，在延迟发射时间ΔT₀(已知量)之后发射回复信号，发射回复信号的时刻为T₀(未知量)。1号基元接收到2、3、4号基元和应答信标回复信号的时刻分别是T₂₁ T₃₁ T₄₁ T₀₁(经测量得到的信号时刻)，2号基元接收到3、4号基元和应答信标回复信号的时刻分别为T₃₂ T₄₂ T₀₂，3号基元接收到2、4号基元和应答信标回复信号的时刻分别是T₂₃ T₄₃ T₀₃，4号基元接收到2、3号基元和应答信标回复信号的时刻分别是T₂₄ T₃₄ T₀₄，4个基元通过RS485通信方式将这些询问应答时间序列和自身的延迟发射时间上传给显控计算机进行目标位置解算。

设定1号基元到2、3、4号基元和目标之间的传播时延信息为：τ₁₂、τ₁₃、τ₁₄、τ₁₀，2号基元到3、4号基元、应答信标之间的传播时延信息为：τ₂₃、τ₂₄、τ₂₀，3号基元到4号基元、应答信标之间的传播时延信息为：τ₃₄、τ₃₀，4号基元到应答信标之间的传播时延信息为：τ₄₀。根据上述测量得到的信号时刻和下述公式组(1)，可以计算得到传播时延信息的具体数据：

本申请在计算出传播时延信息之后，对该船载短基线定位系统建立系统坐标系：由1号基元为原点，水平面为XOY平面，将1、2号基元所在的垂直平面为XOZ平面，构成空间直角坐标系(左手坐标系)，该空间直角坐标系与北东天坐标系仅相差一个方位偏角。本申请可以设定1号基元在空间直角坐标系下的位置坐标为：[0 0 0]′，假设2号基元、3号基元、4号基元和应答信标在上述空间直角坐标系下的位置坐标分别为：[X₂ Y₂ Z₂]′、[X₃ Y₃ Z₃]′、[X₄ Y₄ Z₄]′、[X₀ Y₀ Z₀]′，其中上述4个位置坐标带撇的含义是表示向量转置，即实际为列向量，但是在本申请中竖向排列较为困难，所以改为向量加撇的方式。由于各基元的深度可以根据其压力传感器测出，因此上述空间直角坐标中的Z₂、Z₃、Z₄可以认为是已知量。根据1、2号基元之间的传播时延信息，可知二者之间的基线长度为：L₁₂＝τ₁₂·c，其中c为水中声速。根据上述空间直角坐标系的定义可知：

Y₂＝0。因此在联合定位解算中余下的未知量分别为：X₀、Y₀、Z₀、X₃、Y₃、X₄、Y₄。根据各个基元与应答信标之间的几何关系可获得如下方程组(2)：

上述方程组为独立方程组，且未知量仅有7个，因此可求解得到唯一解，进而获得在以1号基元为原点的空间直角坐标系下的基阵阵型和应答信标的相对位置(即水下目标的相对位置[X₀ Y₀ Z₀]′)，再通过电子罗盘测量得到的方位偏角得到公式(3)，利用公式(3)对水下目标的相对位置进行坐标转换，最终得到北东天坐标系下水下目标的绝对位置。

若方位偏角为θ，则坐标旋转矩阵为：

基于上述坐标旋转矩阵和公式(4)，可以计算出北东天坐标系下水下目标的位置信息为：

X＝R^T·X₀ (4)

其中，X₀＝[X₀ Y₀ Z₀]′。

基阵阵型(即定位阵型)为4个定位基元组成的几何形状，可能是规则的方形，也可能是不规则的形状。针对刚性连接的基元，基阵阵型是固定的。针对本申请中软吊方式的定位基元，基阵阵型随着船的摇摆起伏变化是实时变化的，因此需要实时的测量。

本发明实施例中的船载短基线定位系统可以扩展到5个水下目标的定位，多个水下目标之间利用自身回复信号的频率差异进行区分。各水下目标上的应答信标，仍接收基准基元的询问信号后回复自身的应答信号，因此收发时序不变，改变的是定位基元处理的水下目标的信号通道数相应增加。该系统在针对多目标的测量时不会增加系统的时间开销。而系统可扩展水下目标的个数由系统的工作带宽决定，因为该系统用不同频率的发射信号来区分水下目标。为了便于信号处理时分离开两个水下目标的信号频率，不同水下目标的信号频率不能间隔太近，一般会间隔1～2kHz，再加上基元占用的频率，一般声学系统的带宽在10KHz左右，因此认为该系统可以扩展到5个水下目标。例如，一个水下目标时，以1号基元为例，根据上述的收发时序图，1号基元仅接收处理2～4号基元和应答信标的信号频率，即仅处理4个频率通道信号。若增加一个水下目标，1号基元对应处理的信号频率通道就增加一个，即可以处理5个频率通道信号，依次类推，每增加一个水下目标，在收发时序图的后面再增加一行，对应一个新的目标。每增加一个水下目标，增加的未知量是水下目标的三维坐标，即三个未知量，如果有4个基元，则会增加4个方程，以保证方程组有解。

本实施例提供的船载短基线定位系统可以通过时序控制和独特的频率时间编码技术，实现船载多定位基元同步应答工作，根据定位基元之间、和定位基元和应答信标之间的传播时延信息，利用空间几何关系建立目标位置与阵元位置联合定位解算模型(上述公式组(1)、方程组(2))，同时实现短基线定位阵型的自测阵功能和目标定位功能。该系统中的定位基元在船体上无需刚性安装，操作使用方便。另外，该系统可实现空间直角坐标系与北东天坐标系方位偏差的实时修正，可在无高精度姿态测量设备情况下，实现高精度的目标绝对定位。本实施例提供的船载短基线定位系统成本低，安装使用方便，可适用于以下多种水下低成本定位场合：水下机器人定位、水下ROV/机器人定位、渔业养殖中水下设备的定位、水下考古设备定位等，具有广泛的应用前景。

实施例2：

本发明实施例还提供了一种船载短基线定位方法，该船载短基线定位方法应用于上述实施例提供的船载短基线定位系统中的显控计算机，以下对本发明实施例提供的一种船载短基线定位方法做具体介绍。

图7为本发明实施例提供的一种船载短基线定位方法的流程图。如图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，接收询问应答时间序列；

在本发明实施例中，询问应答时间序列为定位基元与应答信标进行询问应答，和/或，N个定位基元之间互相进行询问应答的结果；

步骤S102，基于询问应答时间序列求解定位基元与应答信标之间的传播时延信息；

步骤S103，基于定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

本发明实施例提供的一种船载短基线定位方法，先接收询问应答时间序列；其中，询问应答时间序列为定位基元与应答信标进行询问应答，和/或，N个定位基元之间互相进行询问应答的结果；然后基于询问应答时间序列求解定位基元与应答信标之间的传播时延信息；最后基于定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。本发明实施例通过传播时延信息确定水下目标的位置信息的方式，可以实现水下目标的精准定位。

在一个可选的实施例中，步骤S102，基于询问应答时间序列求解定位基元与应答信标之间的传播时延信息包括以下步骤：

步骤1，获取定位基元的延迟发射时间，应答信标的延迟发射时间；

步骤2，基于定位基元的延迟发射时间、应答信标的延迟发射时间和询问应答时间序列对预设传播时延方程组进行求解，得到定位基元与应答信标之间的传播时延信息。

在一个可选的实施例中，步骤S103，基于定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息包括以下步骤：

步骤1，基于定位基元与应答信标之间的传播时延信息确定应答信标在直角坐标系下的位置信息；

步骤2，获取北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角；

步骤3，基于方位偏角和应答信标在直角坐标系下的位置信息，确定应答信标在北东天坐标系下的位置信息；

步骤4，将应答信标在北东天坐标系下的位置信息确定为水下目标的位置信息。

本发明实施例所提供的方法，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。

进一步地，本实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，该存储器中存储有可在上述处理器上运行的计算机程序，其中，上述处理器执行计算机程序时执行前述方法实施例所提供的方法的步骤。

进一步地，本实施例还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，该程序代码使上述处理器执行前述方法实施例所提供的方法的步骤。

本发明实施例所提供的船载短基线定位方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船载短基线定位系统，其特征在于，包括：定位基阵、应答信标、主控单元和显控计算机；其中，所述定位基阵包括N个定位基元，所述定位基元软吊在船体上；所述应答信标安装在水下目标上，并通过水声信号与所述定位基元进行通信；所述定位基元、所述主控单元和所述显控计算机依次相连；

所述主控单元，用于向所述定位基元发送同步触发信号；

所述定位基元，用于基于所述同步触发信号与所述应答信标进行询问应答，和/或，N个所述定位基元之间互相进行询问应答，得到询问应答时间序列；

所述显控计算机，用于通过所述主控单元接收所述询问应答时间序列，基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息，并基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个所述定位基元内均安装有压力传感器；

所述压力传感器，用于测量所述定位基元的深度信息；其中，所述深度信息由所述定位基元获取，并经过所述主控单元发送至所述显控计算机，以使所述显控计算机基于所述定位基元的深度信息、所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：GPS/BD定位设备；所述GPS/BD定位设备安装在基准定位基元的上方，其中，所述基准定位基元为N个定位基元中的任一所述定位基元；

所述GPS/BD定位设备，用于测量基准定位基元在北东天坐标系下的位置信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：电子罗盘，所述电子罗盘安装在所述基准定位基元上；

所述电子罗盘，用于测量所述北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位基元通过RS485串口与所述主控单元通信，所述主控单元通过RS232串口与所述显控计算机通信。

6.一种船载短基线定位方法，其特征在于，应用于显控计算机，包括：

接收询问应答时间序列；其中，所述询问应答时间序列为定位基元与应答信标进行询问应答，和/或，N个定位基元之间互相进行询问应答的结果；

基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息；

基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述询问应答时间序列求解所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息包括：

获取所述定位基元的延迟发射时间，所述应答信标的延迟发射时间；

基于所述定位基元的延迟发射时间、所述应答信标的延迟发射时间和所述询问应答时间序列对预设传播时延方程组进行求解，得到所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定水下目标的位置信息包括：

基于所述定位基元与所述应答信标之间的传播时延信息确定应答信标在直角坐标系下的位置信息；

获取北东天坐标系和空间直角坐标系之间的方位偏角；

基于所述方位偏角和所述应答信标在直角坐标系下的位置信息，确定所述应答信标在北东天坐标系下的位置信息；

将所述应答信标在北东天坐标系下的位置信息确定为水下目标的位置信息。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现如权利要求6至8任一项所述的方法。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行如权利要求6至8任一项所述的方法。

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