Page 287 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 程谦等： 多子阵组合的短基线声学定位系统数据优化方法 747

1.4
1.3
1.2
1.2
1.0
ᇊս䈟ᐞ/m 0.8 1.1
1.0
0.6
0.9
0.4 0.8
1 1 0.7
0.2 1.1 0.9 0.9 1.1
0.8
1 0.6
1.1
0 1.1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.6 0.7 0.7 1
150 0.6 0.6 0.7 0.8 1 1.1 0.5
100 1 0.9 0.76 0. 0.6 0.6 0.6 0.8 0.9
50 1.1 0.8 0.7 0.6 0.7 0.8 1 1.1 100 150
0 1.1 0.9 50
-50 1 0
ᓈᛡ٨ਫ਼ښඵࣱ᭧ x/m
-100 -100 -50
-150 -150
ᓈᛡ٨ਫ਼ښඵࣱ᭧ y/m
(b) ͖ӑ
图 4 固定平面平均定位误差对比图 (颜色标尺物理量：定位误差，单位 m)
Fig. 4 Comparison diagram of average positioning error of fixed plane
为进一步验证 MSC 方法的可行性，设计调节 z = 0 的圆形范围，航行器与各阵元的真实距离的
航行器所处高度 z，使航行器坐标遍历整个球形覆 标准差均较小，而MSC方法筛选后的定位数据对总

盖z 轴区域的各个圆形范围，仿真结果如图5所示。 体定位精度影响微小；而在传统无优化方法定位误
差精度较差的平面内，数据优化后可使其平均误差
1.3
大幅降低。
1.2 ௄͖ӑካข
͖ӑካข
ࣱ᭧ࣱکࠀͯឨࣀ/m 1.0 3.2 实验采用六阵元空间接收阵接收声源信号，布
1.1
实测数据处理分析
0.9
阵形状与图 2 所示近似。实验接收阵及声源的布放
0.8
形式如图6 所示，布阵采用硬连接方式张开，位于较
0.7
高水平面的阵元通过硬杆垂直固定，位于较低水平

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 面的阵元通过绳索并悬挂重物的方式保持垂直，通
ᓈᛡ٨ਫ਼ښඵࣱᰴए z/m
过以上方式保持阵元坐标精度。长杆上标有刻度，
图 5 各平面平均定位误差对比图 发射换能器依据杆上刻度和绳索悬挂重物入水，从
Fig. 5 Comparison diagram of average positioning 而保持声源坐标精度。
errors of each plane

从图 5 可以看出，随着水平高度 z 的变化，平面
平均误差由高到低再到高，这是因为随着水平高度
z 的升高，航行器会逐渐远离阵元，后再靠近阵元，
远离阵元时航行器与各阵元的时延 t 1 、t 2 、t 3 、t 4 、t 5 、
t 6 的标准差比靠近阵元时的标准差普遍要大，从而
造成定位误差较大，这与上文分析结论一致。与无
数据优化的定位方法相比，在其平均定位误差较小
的平面内，数据优化的定位方法亦可保持相同的精
度，图 5 中z = 0 附近可看到 MSC 方法定位误差基 图 6 实验现场图
本与传统无优化方法的定位误差持平，这是因为在 Fig. 6 Scene of test