CN107132520B - 一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法。该方法包括以下步骤：通过四元十字立体水声超短基线定位***获取初始掠射角θ₀；通过声速剖面仪测得声速剖面图；通过四元十字立体水声超短基线定位***根据初始掠射角θ₀在声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标。本发明根据四元立体水声超短基线阵测得相位差估计值，并利用自适应分层追加的方法进行迭代求出各检测点相对于测量船坐标。较传统平均声速算法大幅提高测距精度，有效修正了声线在水下复杂环境中曲线传播路径，提高了水声超短基线定位***的水下测距及定位精度。

Description

一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法及***

技术领域

本发明涉及海洋测量技术领域，尤其涉及一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法及***。

背景技术

超短基线定位***由于体积小、重量轻、携带方便等优点，在水下定位领域应用广泛。其定位原理是利用水下应答信号到达接收单元之间的相位差(或时延差)结合水下测量目标到超短基线阵之间的斜距来实现定位。在距海表面一定深度的声源向下以一定角度发射声信号，当发现水下目标时，目标将反射声信号到接收机，然后根据信号传播的时间和声速得到目标到声源的距离，再联合角度信息获得目标的位置。由于不同深度海水的温度、盐度和压力等参数不相同，这就导致了声信号在海水中的传播射线不仅沿曲线传播，而且各层中的声速也不相同，最终使利用声信号对水下目标定位产生折射误差。若是直接利用三角关系简单地计算各点的深度和水平位移，会为最终的位置归算带来较大的误差，为保证较高的定位精度，必须进行声线修正。而传统的平均声速算法，也只是有效减小定位误差，定位估计不够精确。王燕等人根据声速在水下传播时声线发生弯曲提出的用于长基线水声定位***声线修正的迭代方法，提高了定位的精度，但该方法计算量大，仅适用于长基线水声定位***，应用到短基线平面阵型时遇到了一定的困难。

因此，鉴于上述情况，研发设计出一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法及***是目前海洋测量领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，从而提供一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法及***。

为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法，所述水声超短基线定位***包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器，所述方法包括以下步骤：

1)通过所述四元十字立体水声超短基线定位***获取初始掠射角θ₀；

2)通过声速剖面仪测得声速剖面图；

3)通过所述四元十字立体水声超短基线定位***根据步骤1)的初始掠射角θ₀在步骤2)中声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标，所述步骤3)具体包括以下步骤：

3.1)将步骤2)获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播；

3.2)根据每层声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

3.3)根据下列公式(8),(9)和(10)对步骤3.2求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

3.4)求取满足误差精度的θ_j,j＝0、1、2……N，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)和(9)，算出的时间t与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则执行步骤3.5)，不满足将步骤3.4)一直循环进行下去，直到满足要求；

3.5)将步骤3.4)求出的满足误差精度的θ_j,j＝0、1、2……N,代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即得到水下应答器的坐标信息。

进一步地，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的时延差，并由甲板单元根据时延差获取初始掠射角θ₀。

进一步地，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的相位差，并由甲板单元根据相位差获取初始掠射角θ₀

更进一步地，所述步骤1)根据相位差进行阵列处理获得初始掠射角θ₀具体包括以下步骤：

1.1)以接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O，则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

1.2)根据步骤1.1)中的坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数；

1.3)根据步骤1.2)中求取的cosθ_x和cosθ_y，通过下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，所述初始掠射角θ₀为接收阵深度附近到达的一段声线的入射角。

在第二方面，本实用新型提供了一种基于水声超短基线定位***的声线修正***。该***包括水声超短基线定位***和声速剖面仪，所述水声超短基线定位***包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器，所述甲板单元包括初始掠射角求取单元和声线修正单元；

所述声速剖面仪，用以测得声速剖面图；

所述初始掠射角求取单元，用以获取初始掠射角θ₀；

所述声线修正单元，用以根据初始掠射角θ₀在声速剖面仪测得的声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标，所述声线修正单元包括：

分层单元，用以将声速剖面仪获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播；

第三计算处理单元，用以根据分层单元中每层的声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

第四计算处理单元，用以根据下列公式(8),(9)和(10)对第三计算处理单元求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

误差修正单元，用以求取满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)和(9)，算出的时间t与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则通过第五计算处理单元进行下一步计算，不满足将重复进行误差修正，直到满足要求；

第五计算处理单元，将误差修正单元求出的满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及斜距R，即得到水下应答器的坐标信息。进一步地，所述初始掠射角求取单元根据水下应答器发送的应答信号到达换能器基线阵的时延差获取初始掠射角θ₀，所述时延差由四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理得到。

进一步地，所述初始掠射角求取单元根据水下应答器发送的应答信号到达换能器基线阵的相位差获取初始掠射角θ₀，所述相位差由四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理得到。

更进一步地，所述初始掠射角求取单元包括：

坐标系确定单元，用以将接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O，则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

第一计算处理单元，用以根据坐标系确定单元确认的各点坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数；

第二计算处理单元，用以根据第一计算处理单元求取的cosθ_x和cosθ_y，通过下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，所述初始掠射角θ₀为基线阵深度附近到达的一段声线的入射角。

本发明的有益效果是：

1)通过四元立体水声超短基线阵能够给深度定位提供更多信息，而且阵列的指向开角可以更广泛，而声线修正需要精确的深度信息，两者综合，可以得到更精确的定位结果。

2)深海水声超短基线***在任意声速分布下，利用迭代声线修正，运用Snell定律，只需要计算一根声线，并且计算声线时仅须作代数运算，所以运算量小，精度高。

附图说明

图1是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正的方法流程图；

图2是本发明实施例的水声超短基线阵结构及定位解算图；

图3是本发明实施例的声速剖面图；

图4是本发明实施例的声速剖面分层模型图；

图5是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正***框图；

图6是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正仿真示意图；

图7是图6的局部放大示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正的方法流程图。

如图1所示，本发明提供了一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法流程图，该水声超短基线定位***包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器。

在步骤101中，通过上述水声超短基线定位***获取初始掠射角θ₀。

在步骤102中，通过声速剖面仪测得声速剖面图，获得的声速剖面图可参见图2。

在步骤103中，通过上述水声超短基线定位***根据步骤1)的初始掠射角θ₀在步骤2)中声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标。

其中，步骤101可利用四元十字立体水声超短基线阵测量得到水下应答信号到达接收单元之间的相位差或时延差，并由甲板单元根据相位差或时延差进行阵列处理获得初始掠射角θ₀。本实施例将对甲板单元根据相位差获取初始掠射角θ₀进行详细说明。

如图2所示，首先建立一个坐标系。声换能器基阵的接收阵元由四个接收换能器a、b、c、d构成一个具有水平孔径D和垂直孔径h的正交十字接收阵，接收水下待定位应答器的应答信号。接收换能器a、b在同一平面上，接收换能器c、d在同一平面上且位于接收换能器a、b下方h距离处。将接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O，则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

其次，根据上述建立好的坐标系，及各点的坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数。

最后，假设目标深度为z₀，求取目标所在位置时，仅考察基阵与目标所在平面，基阵深度附近到达的小段声线可被认为是直线，设该段入射声线的掠射角为θ₀，则有将求取的cosθ_x和cosθ_y带入下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，初始掠射角θ₀为接收阵深度附近到达的一段声线的入射角。

步骤103中可利用声速剖面仪测得实际声速剖面图，进行平滑插值，即使声线是弯曲的，只要将水层等间隔分层，且间隔足够小，那么每个薄层内的声线可近似为直线，然后每一层用一段折线来逼近实际声线轨迹。图3为给出任意声速分布下，掠射角所在平面内的声线折线以及水面分层示意图。

如图3所示，首先进行分层，具体为：将步骤102获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播。

其次，根据每层声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

然后，任意复杂的声速垂直分布，可近似划分成每层声速恒定介质的连接，共分成N层，声线总行程R和声线单程时间t等于N层的ΔR和Δt的叠加，于是水声信号从水下目标处到基线阵处的传播总时间t和单程传播路径R.以及水平总距离X可根据下列公式(8),(9)和(10)对步骤上述求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

再然后，求取满足误差精度的θ_j(j＝0、1、2……N)，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)重新算出每一层的掠射角，然后再将求取出的每一层掠射角代入公式(9)计算出时间t，然后与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则执行步骤3.5)，不满足将步骤3.4)一直循环进行下去，直到满足要求。

最后，将上个步骤求出的满足误差精度的θ_j(j＝0、1、2……N)代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即可得到水声超短基线阵水下应答器的坐标信息。

图5是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正***框图。

如图5所示，本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正***包括：水声超短基线定位***1和声速剖面仪2。

声速剖面仪2主要用来测得声速剖面图。水声超短基线定位***1包括安装在测量船上的甲板单元11、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵12和布放在水下待定位的应答器13。甲板单元11包括初始掠射角求取单元111和声线修正单元112。

初始掠射角求取单元111，用以获取初始掠射角θ₀。

声线修正单元112，用以初始掠射角求取单元111求取的初始掠射角θ₀在声速剖面仪2测得的声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标。

其中，初始掠射角求取单元111可根据水下应答信号到达接收阵之间的时延差获取初始掠射角θ₀。也可以根据水下应答信号到达接收阵之间的相位差获取初始掠射角θ₀。相位差和时延差通过四元十字立体水声超短基线阵12进行阵列信号处理得到。

初始掠射角求取单元111可包括：坐标系确定单元111-1，第一计算处理单元111-2和第二计算处理单元111-3。

坐标系确定单元111-1与第一计算处理单元111-2相连接，用以确定坐标系，具体为：将接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O。则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

第一计算处理单元111-2与第二计算处理单元111-3相连，用以根据坐标系确定单元确认的各点坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数。

第二计算处理单元111-3，用以根据第一计算处理单元求取的cosθ_x和cosθ_y，通过下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，初始掠射角θ₀为接收阵深度附近到达的一段声线的入射角。

声线修正单元112包括分层单元112-1、第三计算处理单元112-2、第四计算处理单元112-3、误差修正单元112-4和第五计算处理单元112-5。

分层单元112-1与第三计算处理单元112-2相连，用以将声速剖面仪2获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播。

第三计算处理单元112-2与第四计算处理单元112-3相连，用以根据分层单元112-1中每层的声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角。

第四计算处理单元112-3与误差修正单元112-4相连，用以根据下列公式(8),(9)和(10)对第三计算处理单元112-2求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X。

误差修正单元112-4与第五计算处理单元112-5相连，用以求取满足误差精度的θ_j(j＝0、1、2……N)，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)重新算出每一层的掠射角，然后再将求取出的每一层掠射角代入公式(9)计算出时间t，然后与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则通过第五计算处理单元进行下一步计算，不满足将重复进行误差修正(即再利用一个修正值Δθ进行修正)一直循环进行下去，直到满足要求。

第五计算处理单元112-5，将误差修正单元求出的满足误差精度的θ_j(j＝0、1、2……N)代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即得到超短基线阵水下应答器的坐标信息。

图6是本发明实施例的基于水声超短基线定位***的声线修正仿真示意图。

如图6所示，在仿真图上方矩形线框内的十字型标记为实际的方位，在仿真图上方线框内的多个点为在声速剖面仪辅助声线修正后的仿真定位点，仿真图右下方一个长条状为在没有声速剖面仪辅助声线定位结果，由此可以看出经过本发明实施例声线修正后得到的定位结果比未修正的定位结果更加接近真实目标。

图7是图6中矩形线框内的局部放大示意图。

如图7所示，图中十字型标记为实际方位，各点为经过本发明声线修正后所得到的仿真点，由此可以看出，仿真点都在真实点附近跳动，修正后所得到的仿真点横坐标基本在误差4米范围内，深度在2米范围内，较传统平均声速算法大幅提高测距精度。

综上，本发明根据超短基线定位原理和超短基线设备测量的水下温度、深度信息，并结合实测的海水声速剖面，提出一种适用于超短基线水声定位***声线修正算法。本发明根据四元立体超短基线阵测得的时延差和相位差估计值，并利用自适应分层追加的方法进行迭代求出各检测点相对于测量船坐标。较传统平均声速算法大幅提高测距精度，有效修正了声线在水下复杂环境中曲线传播路径，提高了超短基线定位***的水下测距及定位精度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法，其特征在于，所述水声超短基线定位***包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器，所述方法包括以下步骤：

1)通过所述四元十字立体水声超短基线定位***获取初始掠射角θ₀；

2)通过声速剖面仪测得声速剖面图；

3)通过所述四元十字立体水声超短基线定位***根据步骤1)的初始掠射角θ₀在步骤2)中声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标，该步骤包括：

3.1)将步骤2)获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播；

3.2)根据每层声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

3.3)根据下列公式(8),(9)和(10)对步骤3.2求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

3.4)求取满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)和(9)，算出的时间t与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则执行步骤3.5)，不满足将步骤3.4)一直循环进行下去，直到满足要求；

3.5)将步骤3.4)求出的满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即得到水下应答器的坐标信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的时延差，并由甲板单元根据时延差获取初始掠射角θ₀。

3.根据权利要求1所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：通过四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理以测量得到水下应答信号到达基线阵之间的相位差，并由甲板单元根据相位差获取初始掠射角θ₀。

4.根据权利要求3所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正方法，其特征在于，所述步骤1)根据相位差进行阵列处理获得初始掠射角θ₀具体包括以下步骤：

1.1)以接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O，则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

1.2)根据步骤1.1)中的坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数；

1.3)根据步骤1.2)中求取的cosθ_x和cosθ_y，通过下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，所述初始掠射角θ₀为基阵深度附近到达的一段声线的入射角，

5.一种基于水声超短基线定位***的声线修正***，其特征在于，包括水声超短基线定位***和声速剖面仪，所述水声超短基线定位***包括安装在测量船上的甲板单元、安装在测量船底的四个接收换能器a，b，c，d构成的具有水平孔径D和垂直孔径h的四元十字立体水声超短基线阵和布放在水下待定位的应答器，所述甲板单元包括初始掠射角求取单元和声线修正单元；

所述声速剖面仪，用以测得声速剖面图；

所述初始掠射角求取单元，用以获取初始掠射角θ₀；

所述声线修正单元，用以根据初始掠射角θ₀在声速剖面仪测得的声速剖面图基础上通过层追加进行声线修正迭代以求出各检测点相对于测量船的坐标，所述声线修正单元包括：

分层单元，用以将声速剖面仪获得的声速剖面图从水面到应答器的垂直深度等间隔分为N层，每层为恒定声速传播；

第三计算处理单元，用以根据分层单元中每层的声速和深度求取每层的掠射角进而获取每层的声线，具体为：

介质分层界面的入射角与声速满足Snell定理，通过公式(4)求取每层的掠射角；

通过下列公式(5)、公式(6)和公式(7)根据每层的声速c_i、每层的深度值Δz_i和每层的入射角θ_i求取出每一层的声线长ΔR_i、每一层的传输时间Δt_i和每一层的水平距离Δx_i，i＝0,1,2,...,N；

其中：c₀和θ₀为起始出发层的声速和掠射角，c_i为第i层处的声速，θ_i为第i层边界处的掠射角；

第四计算处理单元，用以根据下列公式(8),(9)和(10)对第三计算处理单元求取出的ΔR_i、Δt_i和Δx_i分别求取出声线总行程R和声线单程时间t以及水平总距离X；

误差修正单元，用以求取满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，具体为：利用一个修正值Δθ进行(θ₀+Δθ)或(θ₀-Δθ)的运算，将结果依次代入公式(4)和(9)，算出的时间t与测得的总时间t’进行相减，并与阈值Δt比较，如满足t-t'≤Δt，则通过第五计算处理单元进行下一步计算，不满足将重复进行误差修正，直到满足要求；

第五计算处理单元，将误差修正单元求出的满足误差精度的θ_j，j＝0、1、2……N，代入公式(8)和(10)计算出水平总距离X以及声线总行程R，即得到水下应答器的坐标信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正***，其特征在于，所述初始掠射角求取单元根据水下应答器发送的应答信号到达换能器基线阵的时延差获取初始掠射角θ₀，所述时延差由四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理得到。

7.根据权利要求5所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正***，其特征在于，所述初始掠射角求取单元根据水下应答器发送的应答信号到达换能器基线阵的相位差获取初始掠射角θ₀，所述相位差由四元十字立体水声超短基线阵进行阵列信号处理得到。

8.根据权利要求7所述的一种基于水声超短基线定位***的声线修正***，其特征在于，所述初始掠射角求取单元包括：

坐标系确定单元，用以将接收换能器a，b作为x轴，a，b连线中心点作为坐标原点O，O点下方深度h方向作为z轴，z轴与接收换能器c，d的连线相交于O’，y轴为与接收换能器c，d的连线平行且与x轴相交于坐标原点O，则应答器P的坐标为(x，y，z)，接收换能器a坐标为

接收换能器b坐标为

接收换能器c坐标为

接收换能器d坐标为

第一计算处理单元，用以根据坐标系确定单元确认的各点坐标，通过下述公式(1)求得OP与x轴之间的夹角θ_x，通过下述公式(2)求得O’P与y轴的夹角θ_y；

其中，

为已知接收换能器a，b测量接收信号的相位差，

为已知接收换能器c，d测量接收信号的相位差，λ为系数；

第二计算处理单元，用以根据第一计算处理单元求取的cosθ_x和cosθ_y，通过下述公式(3)求得初始掠射角θ₀，所述初始掠射角θ₀为接收阵深度附近到达的一段声线的入射角，

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