一種浮標(biāo)位置修正算法*

（中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一五研究所 杭州 310023）

1 引言

航空反潛裝備以飛機(jī)為平臺(tái)，具有反應(yīng)速度快、機(jī)動(dòng)靈活、搜索效能高、受平臺(tái)噪聲影響小等優(yōu)點(diǎn)，具有大范圍、快速探潛能力，在水下攻防中具有重要地位。聲納浮標(biāo)是主要航空反潛裝備之一，以其優(yōu)越的性能，低廉的價(jià)格得到廣泛使用［1～12］。聲納浮標(biāo)對(duì)目標(biāo)的定位精度受制于聲納浮標(biāo)本身定位的準(zhǔn)確度。但一次投放多枚浮標(biāo)后，部分浮標(biāo)的定位結(jié)果與投放點(diǎn)位置相差較遠(yuǎn)，定位結(jié)果收斂到投放點(diǎn)位置附近需較長(zhǎng)時(shí)間，嚴(yán)重影響了浮標(biāo)定位精度，需對(duì)浮標(biāo)定位結(jié)果進(jìn)行容錯(cuò)處理，設(shè)計(jì)容錯(cuò)處理算法。

聲納浮標(biāo)相對(duì)于其他聲納的一個(gè)主要特點(diǎn)是，聲納浮標(biāo)使用浮標(biāo)陣進(jìn)行定位［2］，即每次工作時(shí)，將在同一海域投放多枚浮標(biāo)。因此，即使有部分浮標(biāo)定位不準(zhǔn)確，仍然可以使用定位準(zhǔn)確浮標(biāo)來(lái)估計(jì)定位異常浮標(biāo)的位置，從而提高目標(biāo)定位精度。

浮標(biāo)投放后，由飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)進(jìn)行定位，浮標(biāo)位置確定有一個(gè)收斂期，一般在收斂期內(nèi)能收斂的浮標(biāo)，飛機(jī)之后對(duì)浮標(biāo)的定位都能在誤差范圍內(nèi)；在收斂期內(nèi)不能收斂的浮標(biāo)，飛機(jī)之后都不能對(duì)其進(jìn)行正確定位。因此，確定一個(gè)收斂期限，浮標(biāo)投放后，在收斂期限內(nèi)，浮標(biāo)位置取浮標(biāo)投放位置，在收斂期限時(shí)刻判斷飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)定位的收斂性，能在規(guī)定時(shí)間收斂的浮標(biāo)，之后的浮標(biāo)位置取飛機(jī)給出的定位結(jié)果；并使用正常定位浮標(biāo)的平均漂移量修正不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收斂浮標(biāo)的位置。

2 浮標(biāo)位置修正算法

在浮標(biāo)初始投放階段，浮標(biāo)位置直接取它的理論投放點(diǎn)，之后使用浮標(biāo)陣的整體漂移量修正不能收斂的浮標(biāo)位置。同時(shí)考慮到無(wú)線電有一定的作用距離，在超出作用距離時(shí)，保留上一時(shí)刻的定位位置，定位無(wú)效浮標(biāo)位置由定位正常浮標(biāo)的平均漂移量修正。

1）對(duì)于第i枚浮標(biāo)，在浮標(biāo)投放時(shí)長(zhǎng)t小于收斂期限T時(shí)，將浮標(biāo)投放位置Pi直接賦值給浮標(biāo)當(dāng)前批次k的輸出Yi（k），有：

2）當(dāng)浮標(biāo)i到達(dá)收斂期限T時(shí)，判斷浮標(biāo)投放點(diǎn)位置Pi與飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位位置Pi（k）間的距離，若距離小于收斂距離D，則飛機(jī)對(duì)該枚浮標(biāo)的定位位置能收斂，否則，飛機(jī)對(duì)該枚浮標(biāo)的定位位置不能收斂。

3）若浮標(biāo)位置能收斂，判斷浮標(biāo)與飛機(jī)位置Fi（k）的距離，若距離在無(wú)線電作用距離DV之內(nèi)，則飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位結(jié)果可靠，否則，飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位結(jié)果不可靠。

4）對(duì)飛機(jī)定位能收斂的浮標(biāo)，在時(shí)間t大于T時(shí)，若能同時(shí)滿足飛機(jī)定位可靠，則當(dāng)前批次k的輸出Yi（k）直接取飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位位置Pi（k），若飛機(jī)定位不可靠，則Yi（k）取上一時(shí)刻當(dāng)前浮標(biāo)位置輸出Yi（k-1），即：

5）對(duì)飛機(jī)定位不收斂的浮標(biāo)，在時(shí)間t大于T時(shí)，使用正常定位浮標(biāo)的平均漂移量校對(duì)其進(jìn)行位置修正，以投放點(diǎn)位置Pi為參考點(diǎn)計(jì)算漂移量，不妨設(shè)共有m個(gè)正常定位浮標(biāo)，則平均漂移量Δ為

則對(duì)飛機(jī)定位不收斂的浮標(biāo)，修正后的位置輸出Yi（k）為

具體算法流程如圖1所示。

圖1 浮標(biāo)位置修正算法流程圖

3 仿真數(shù)據(jù)分析

為驗(yàn)證浮標(biāo)位置修正算法的處理效果，進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)分析。

仿真條件：16枚浮標(biāo)成4×4方形陣，海流方向東偏北51°，海流速度0.8節(jié)。其中3枚浮標(biāo)定位異常，分別是浮標(biāo)A：收斂期內(nèi)有超過(guò)收斂距離的隨機(jī)誤差，之后定位正常；浮標(biāo)B：整個(gè)定位過(guò)程都有超過(guò)收斂距離的隨機(jī)誤差；浮標(biāo)C：整個(gè)定位過(guò)程都有不超過(guò)收斂距離的隨機(jī)誤差。因此，原始聲參系統(tǒng)定位結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位結(jié)果

圖3為浮標(biāo)位置修正后結(jié)果濾波算法濾波后結(jié)果。浮標(biāo)A、B定位偏差較大漂流軌跡都得到有效改善。浮標(biāo)C定位偏差在可接受范圍內(nèi)，不做處理。仿真結(jié)果表明算法能對(duì)飛機(jī)定位結(jié)果能進(jìn)行有效修正。

圖3 浮標(biāo)位置修正后結(jié)果

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)中共投放14枚浮標(biāo)，飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的原始定位結(jié)果偏差較大，嚴(yán)重影響浮標(biāo)后續(xù)對(duì)目標(biāo)的定位精度。具體浮標(biāo)態(tài)勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖4 飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)的定位結(jié)果

使用浮標(biāo)位置修正算法對(duì)圖4定位結(jié)果修正后，得到圖5所示定位結(jié)果。各枚浮標(biāo)的定位結(jié)果得到明顯改善。

圖5 浮標(biāo)位置修正后結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

浮標(biāo)位置修正算法根據(jù)飛機(jī)對(duì)浮標(biāo)定位結(jié)果在初始投放階段誤差較大，但大部分浮標(biāo)能在收斂期內(nèi)收斂的特點(diǎn)。對(duì)能收斂浮標(biāo)充分利用飛機(jī)定位結(jié)果，對(duì)不能收斂浮標(biāo)使用浮標(biāo)陣漂移量對(duì)位置進(jìn)行估計(jì)。從仿真數(shù)據(jù)分析和試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證可知，本文浮標(biāo)位置修正算法能較大程度減小定位誤差，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。