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水下定位的多基站几何布局研究

易晓  任前义  常家超  董日昌  
【摘要】:当前,水下导航定位作为PNT体系中的重要应用环节,水下用户需要定时到水面获取所需的卫星导航信息,这不仅不利于水下用户的安全隐蔽需求,而且长时间的间断定位也增加了累积误差。以持续高效的向某一水下区域的目标用户提供导航定位服务为目的,本文考虑多基站的水下定位方式,在水域底部布设多个位置已知的锚基站,并向水下目标发送测量信息的声波信号,水下目标用户通过导航接收机获取多个锚基站位置及相对应的收发距离等信息,依据伪距测量原理来解算当前用户自身位置完成导航定位。而为了评测基站几何分布构型对定位精度的影响,本文以定义的位置精度因子PDOP(Position Dilution of Precision)为指标,在伪距定位及伪距差分定位方式下对目标水域内多种锚基站几何阵型布局做了PDOP性能仿真及分析比较。通过仿真分析总结说明,锚基站的几何布局将直接影响PDOP。在相同量级的锚基站数量下,PDOP性能更佳的正四边形布局方式更优,在同等的PDOP水平要求下,锚基站数目略少的正三角形布局方式更优,在相同的布局方式及基站数量下,深度已知的伪距差分定位模式最优。特别的在使用差分定位且仅解算水平坐标的定位模式中,使用正三角形基站几何布局可在大部分的去边缘水域内获得定义的PDOP值小于2、均值约为1.11的性能,且选用基站数量相仿的正四边形布局可获得定义的PDOP值小于1.8,均值约为0.88的性能。因此对于水下定位模式及多基站几何布局优先推荐深度已知的伪距差分定位模式下的正四边形几何布局。

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