1.一种基于侧扫声呐的海底目标定位方法,所述侧扫声呐安装于船体外侧,其特征在于,包括:(1)获取侧扫声呐的经纬度信息、船体姿态信息和侧扫声呐至海底平面的高度信息,得到声呐源的位置信息:Xg1=[xg1 yg1 Hg1 φpg1 φyg1 φrg1]其中xg1、yg1分别为侧扫声呐的经纬度,Hg1为声呐源至海底平面的高度,φpg1、φyg1、φrg1分别为船体在世界坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角;
(2)计算姿态矫正矩阵T:
(3)以声呐源为原点,水平面上与航行方向垂直的方向为x轴,船航行方向为y轴,z轴与x轴和y轴成右手定则关系,建立声呐源坐标系CS,确定海底目标相对于声呐源的位置信息:X12=[x12 y12 H12 φp12 φy12 φr12]其中x12为x轴上海底目标到声呐源的水平距离,计算公式为:其中R12为侧扫声呐发射信号倾斜距离,H12为声呐源至海底平面水深距离,H12=Hg1;y12是y轴上海底目标到声呐源的水平距离,y12=0;φp12,φy12,φr12分别为海底目标与CS的x轴、y轴、z轴的夹角,计算如下:其中atan2为计算反正切,atan2(α,β)为计算 的反正切,且返回值在(-π,π)之间;
(4)利用姿态矫正矩阵T对海底目标的位置信息进行修正,得到海底目标在世界坐标系下的位置信息。
2.根据权利要求1所述的海底目标定位方法,其特征在于,所述步骤(4)包括:(4.1)对海底目标相对于声呐源的位置信息进行修正:
其中x′12、y′12分别为修正后的x轴和y轴上海底目标到声呐源的水平距离,H′12为修正后的声呐源至海底平面水深距离;
(4.2)计算世界坐标系下海底目标的位置:
其中xg2、yg2分别为海底目标的经纬度,Hg2为声呐源至海底平面的高度;
(4.3)计算海底目标的角度参数:
其中atan2为计算反正切,atan2(α,β)为计算 的反正切,且返回值在(-π,π)之间,φpg2、φyg2、φrg2分别为海底目标与世界坐标系的三个坐标轴的夹角;
得到海底目标在世界坐标系下完整的位置信息:
Xg2=[xg2 yg2 Hg2 φpg2 φyg2 φrg2]。
3.根据权利要求1所述的海底目标定位方法,其特征在于,还包括根据侧扫声呐接收到的海底声呐数据得到声呐图像,将定位的海底目标在世界坐标系下完整的位置信息标注在所述声呐图像上。
4.一种基于侧扫声呐的海底目标定位系统,所述定位系统包括安装于船体外侧的侧扫声呐,其特征在于,包括:声呐源位置信息获取模块、姿态矫正矩阵计算模块、海底目标相对位置信息获取模块和海底目标定位模块;
所述声呐源位置信息获取模块,用于获取侧扫声呐的经纬度信息、船体姿态信息和侧扫声呐至海底平面的高度信息,得到声呐源的位置信息:Xg1=[xg1 yg1 Hg1 φpg1 φyg1 φrg1]其中xg1、yg1分别为侧扫声呐的经纬度,Hg1为声呐源至海底平面的高度,φpg1、φyg1、φrg1分别为船体在世界坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角;
所述姿态矫正矩阵计算模块,用于计算姿态矫正矩阵T:
所述海底目标相对位置信息获取模块,用于确定海底目标相对于声呐源的位置信息:X12=[x12 y12 H12 φp12 φy12 φr12]其中x12为x轴上海底目标到声呐源的水平距离,y12是y轴上海底目标到声呐源的水平距离,所述x轴、y轴所在的坐标系为:以声呐源为原点,水平面上与航行方向垂直的方向为x轴,船航行方向为y轴,z轴与x轴和y轴成右手定则关系,建立声呐源坐标系CS;H12为声呐源至海底平面水深距离,φp12,φy12,φr12分别为海底目标与CS的x轴、y轴、z轴的夹角;
所述海底目标定位模块,用于利用姿态矫正矩阵T对海底目标的位置信息进行修正,得到海底目标在世界坐标系下的位置信息。
5.根据权利要求4所述的海底目标定位系统,其特征在于,所述声呐源位置信息获取模块包括GPS、姿态传感器、测深设备仪;
所述GPS安装于船体内,与侧扫声呐位于同一侧;所述姿态传感器安装于船体内,所述姿态传感器的中心线与船体轴线重合;所述测深设备仪安装于侧扫声呐旁边;
所述GPS用于获取侧扫声呐的经纬度;所述姿态传感器用于获取船体在世界坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角;所述测深设备仪用于获取声呐源至海底平面的高度。
6.根据权利要求4所述的海底目标定位系统,其特征在于,还包括声呐图像显示与标注模块,所述声呐图像显示与标注模块用于显示根据侧扫声呐接收到的海底声呐数据得到的声呐图像,并将定位的海底目标在世界坐标系下完整的位置信息标注在所述声呐图像上。