分布式水下目标测量系统定位算法研究与工程实现
摘要
海洋事业的发展关系民族的生存发展与国家的兴衰安危。水声定位技术是水声技术
的重要组成部分，被广泛运用于海洋活动中。本文对分布式水下目标测量系统的定位算
法进行了研究，并完成了对应显控软件的开发。
本文首先介绍了基于目标声传播时延信息的合作目标定位模型，模型在同步工作模
式下为“圆交汇模型”，在异步工作模式下为“双曲线交汇模型”。建立模型后，通过
解方程的方式可获得的目标位置解析解，通过高斯牛顿法按迭代公式优化迭代后到得目
标位置的数值解，通过仿真研究了不同方法的定位精度。针对工程实际中测量单元上安
装多个水听器时定位系统的时延冗余信息融合问题，使用K-means算法对不同水听器组
合得到的多个解进行聚类以充分利用冗余信息，此方法提高了时延测量存在多途干扰和
漏检现象时定位系统的定位精度。针对定位过程中可能存在的距离模糊问题，研究了举
手表决法、参考位置法与组合脉冲法三种抗距离模糊方法，举手表决法使用冗余测量单
元信息，利用真解的一致性减少模糊解数量；参考位置法依赖目标位置先验信息并以此
推算时延模糊周期；组合脉冲法通过设计不同的声信号增大定位系统的非模糊距离抑制
距离模糊问题。
对非合作目标定位方法进行研究，构建了下基于目标辐射噪声的方位信息的定位模
型，该模型利用测量单元的位置与目标方位得到目标的位置。针对工程实际中各测量单
元方位信息可能存在的时空失配问题，研究了时空关联算法以减小时空失配引起的性能
损失，通过仿真验证了时空关联算法的有效性，结果表明该方法可有效提高目标定位精
度。此外，提出了基于各测量单元直达声与水面一次反射声的时延差信息的定位模型，
并研究了使用高斯牛顿法求解方程组数值解的迭代公式。通过仿真验证了阵元间距、水
听器深度、目标深度对基于时延差定位方法的定位系统水平定位精度的影响。
基于Qt平台完成了显控软件的开发。首先明确了显控软件的功能需求，并在此基
础上设计了软件各功能模块，包括初始化、网络通信、定位解算、文件管理和界面交互
模块。软件设计完成后，通过实验室联调验证显控软件的稳定性，其后通过湖上试验测
试了显控软件在真实环境下的工作能力，结果验证了所设计的分布式水下目标测量系统
显控软件的可靠性与定位算法的实用性。
关键词：分布式系统；优化算法；水声定位；显控软件
分布式水下目标测量系统定位算法研究与工程实现
ABSTRACT
ThedevelopmentofMarineundertakingsisrelatedtothesurvivalanddevelopmentofthe
nationandtheriseandfallofthecountry.Underwateracousticlocationtechnologyisan
importantpartofunderwateracoustictechnology,whichiswidelyusedinoceanactivities.In
thispaper,thelocalizationalgorithmofdistributedunderwatertargetmeasurementsystemis
studied,andthecorrespondingdisplayandcontrolsoftwareisdeveloped.
Thispaperfirstlyintroducesthecooperativetargetlocationmodelbasedonthedelay
informationoftargetsoundpropagation.Themodeliscircularintersectionmodelin
synchronousmodeandhyperbolicinter