无需先验目标深度的基于快速射线追踪的精确水声定位
信号处理
2025-03-31 v1
摘要
水下定位对于海洋观测以及构建定位、导航、授时（PNT）系统具有重要意义，可广泛应用于灾害预警、水下救援和资源勘探。水下声速的不均匀分布给精确水下定位带来巨大挑战。当前的声线修正定位方法主要针对已知目标深度的场景。然而，对于非合作节点或缺乏深度信息的节点，由于位置解不唯一，声线跟踪策略无法良好工作。为解决此问题，我们提出一种用于分层补偿的迭代射线追踪三维水下定位（IRTUL）方法。为证明快速分层补偿的可行性，我们首先推导信号路径作为掠射角函数，然后证明信号传播时间和水平传播距离是初始掠射角的单调函数，从而实现快速射线追踪。接着，我们提出一种声速剖面（SVP）简化方法，降低了射线追踪的计算成本。实验结果表明，IRTUL 在深度方向上具有最显著的距离修正，其平均精度相比常声速定位模型提高了约 3 米。此外，简化 SVP 可显著提升实时性，用于定位时平均精度损失小于 0.2 m。
引用
@article{arxiv.2310.08201,
title = {Fast Ray-Tracing-Based Precise Underwater Acoustic Localization without Prior Acknowledgment of Target Depth},
author = {Wei Huang and Hao Zhang and Kaitao Meng and Fan Gao and Wenzhou Sun and Jianxu Shu and Tianhe Xu and Deshi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.08201},
year = {2025}
}