单平台观测水下目标定位算法设计与实现

摘要

当飞机、轮船等跨洋交通工具在海上失事后，需要水下定位技术对救援提供支持。目前对水下目标进行高精度定位的主要手段是利用声学定位。单平台观测系统具有机动性强的特点，在对落水目标的定位方面有很大优势。 本文对利用单平台搜探系统进行水下目标定位的方法进行研究。建立了利用方位信息的角度交汇模型以及利用时延信息的双曲面交汇模型。角度交汇模型的定位方法不受距离模糊的影响但在远距离定位上误差较大。将多种时延定位解算方法的性能进行对比，综合考虑算法的定位性能与运算量，确定一种适合在工程上应用的异步非线性定位方法。利用时延信息进行定位时可能会出现距离模糊，抗距离模糊方法是确定信号真实传播周期、保障核心定位算法有效实施的关键技术。本文研究了一种利用方位信息进行抗距离模糊的方法，可以满足定位使用需求。 随着观测平台在水下航行，水下定位解算模块会得到大量冗余的目标参数信息。几何交汇法不能充分利用冗余信息，利用数据融合方法对多观测点信息进行综合处理。本文着重介绍了优化算法、Taylor算法、Chan算法以及数据间支持度矩阵法四种数据融合方法。对比分析上述融合算法的定位性能，利用融合算法的定位精度以及抗干扰能力优于传统交汇定位法。 在水下定位软件与水面显控软件的设计过程中，先对两个软件要实现的功能进行分析，确定软件的整体框架。利用跨平台类库Qt完成了软件功能模块的编写。为了减少软件各功能之间的耦合度，便于分步测试与修改，采用模块化设计。最后进行实验室联调，对软件解算模块以及各功能模块进行测试。文中对测试结果进行分析，证明了算法的有效性，各功能均能达到设计要求。