浮标CODAR阵探测定位精度分析

何建伟,蔡爱华

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引 言

声呐浮标是对水下潜艇进行搜索、跟踪和定位的重要手段。被动全向声呐浮标由于搜索效率高，隐蔽性好，使用方便等优点[1]，尤其适合于航空反潜。但被动全向声呐浮标只具备探测目标有无的能力[2]，获知目标定位信息需通过多枚浮标组成CODAR(Correlation Detection And Ranging)阵来实现[3]。本文采用基于几何精度衰减因子(GDOP)的定位精度模型，分析CODAR阵探测过程中各误差源对定位精度的影响。从CODAR对的时延测角原理出发，分析时延误差、水中声速误差及浮标对间距误差对测角精度的影响；考虑到工程应用带来的布阵误差[4]，分析其对CODAR阵定位精度分布的影响；给出综合考虑各误差源时CODAR阵的定位精度分布结果。分析结果对航空反潜中浮标的应用具有一定参考意义。

1 CODAR探测原理

CODAR探测原理示意如图1所示。

图1 CODAR阵工作原理

由图1(a)，有如下关系：

式中，c为水中声速，t为两浮标间信号到达时延，d为两浮标间距。由此得到：

(2)

如图1(b)所示，建立直角坐标系xoy。设CODAR对子的中心位置坐标分别为(x1, y1)、(x2, y2)，CODAR对测量得到的目标方位角分别为θ1、θ2，目标的位置坐标为(xt, yt)。由几何关系可以得到：

(3)

由CODAR对子的中心位置(x1, y1)、(x2, y2)以及方位测量值θ1、θ2，利用上式计算获得目标位置(xt, yt)。

以GDOP(GeometricalDilutionofPrecision)描述定位误差的空间分布[5-7]，即目标在空间不同位置时定位误差的大小，由下式确定：

2 CODAR测角误差分析

由公式(2)，测角误差Δθ由时延误差Δt，水中声速误差Δc，及两浮标间距误差Δd引起。考虑到各误差源相互独立，得到：

由公式(1)、(2)，各误差源引起的测角误差取值分别为：