一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，其技术特点包括：水下应答器布放与位置标定；通过距离变换位置算法计算AUV的绝对位置信息；通过AUV中的惯性导航系统INS/DVL与计算得到的AUV绝对位置信息进行位置组合导航算法来校正自身航位推算误差；布放一个后续水下应答器，利用AUV与当前水下应答器之间的距离组合输出去估计出后续水下应答器位置，AUV再与后续水下应答器进行距离组合导航，并重复执行上述过程。本发明专利技术能够充分结合惯性导航、水声导航的二者信息优势，同时考虑到水下应用的实际背景，通过在AUV航行路径上接力式地布放一系列水下应答器，仅利用水声距离信息解决了水下AUV导航设备的校准问题，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于惯性导航与水声定位
，尤其是一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法。
技术介绍
光学捷联惯导技术成熟解决了海上无人装备对惯导系统小型化以及高可靠性的问题，其通过水下自主式航行器(AUV)自身惯性导航系统(INS)/多普勒测速仪(DVL)以及压力传感器等获取航向、速度以及深度信息，完成航位推算导航。但是，导航设备定位误差随时间累积的问题依然存在，导致AUV不得不依靠上浮水面利用GPS来完成校准，既浪费了能源又增加了暴露的几率。在无线电波、光波受限的水下空间，水声信号成为水下信息最有效的传播载体，水声导航具有多目标、双向定位的技术特点。为满足水下AUV高精度、长时间、隐蔽性的导航需求，如何将惯性与水声进行结合并实现精确导航功能上，是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有设计的不足，提供一种设计合理、精度高且性能稳定的基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，包括以下步骤：步骤1、水下应答器布放与位置标定：当水下AUV运行到某作业区域布放一个水下应答器，利用AUV自身运动信息以及AUV与该水下应答器相互之间的距离信息标定出水下应答器位置；步骤2、通过距离变换位置算法，将AUV与水下应答器之间的相对距离信息转换成AUV相对于应答器之间的三维几何位置，根据标定出的水下应答器位置信息，计算AUV的绝对位置信息；步骤3、通过AUV中的惯性导航系统INS/DVL与计算得到的AUV绝对位置信息进行位置组合导航算法来校正自身航位推算误差；步骤4、当AUV即将超出水下应答器作用范围时，布放一个后续水下应答器，利用AUV与当前水下应答器之间的距离组合输出去估计出后续水下应答器位置，当AUV运行区域超出了当前水下应答器的水声作用范围后，AUV再次与后续水下应答器进行距离组合导航，并重复执行上述过程。所述步骤1标定水下应答器位置的方法为：建立直角坐标系下AUV到水下应答器绝对位置X(x0,y0,z0)校准的观测方程： F 1 = ( x 1 - x 0 ) 2 + ( y 1 - y 0 ) 2 + ( z 1 - z 0 ) 2 F 2 = ( x 2 - x 0 ) 2 + ( y 2 - y 0 ) 2 + ( z 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、水下应答器布放与位置标定：当水下AUV运行到某作业区域布放一个水下应答器，利用AUV自身运动信息以及AUV与该水下应答器相互之间的距离信息标定出水下应答器位置；步骤2、通过距离变换位置算法，将AUV与水下应答器之间的相对距离信息转换成AUV相对于应答器之间的三维几何位置，根据标定出的水下应答器位置信息，计算AUV的绝对位置信息；步骤3、通过AUV中的惯性导航系统INS/DVL与计算得到的AUV绝对位置信息进行位置组合导航算法来校正自身航位推算误差；步骤4、当AUV即将超出水下应答器作用范围时，布放一个后续水下应答器，利用AUV与当前水下应答器之间的距离组合输出去估计出后续水下应答器位置，当AUV运行区域超出了当前水下应答器的水声作用范围后，AUV再次与后续水下应答器进行距离组合导航，并重复执行上述过程。

【技术特征摘要】
1.一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、水下应答器布放与位置标定：当水下AUV运行到某作业区域布放一个水下应答器，利用AUV自身运动信息以及AUV与该水下应答器相互之间的距离信息标定出水下应答器位置；步骤2、通过距离变换位置算法，将AUV与水下应答器之间的相对距离信息转换成AUV相对于应答器之间的三维几何位置，根据标定出的水下应答器位置信息，计算AUV的绝对位置信息；步骤3、通过AUV中的惯性导航系统INS/DVL与计算得到的AUV绝对位置信息进行位置组合导航算法来校正自身航位推算误差；步骤4、当AUV即将超出水下应答器作用范围时，布放一个后续水下应答器，利用AUV与当前水下应答器之间的距离组合输出去估计出后续水下应答器位置，当AUV运行区域超出了当前水下应答器的水声作用范围后，AUV再次与后续水下应答器进行距离组合导航，并重复执行上述过程。2.根据权利要求1所述的一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，其特征在于：所述标定水下应答器位置的方法为：建立直角坐标系下AUV到水下应答器绝对位置X(x0,y0,z0)校准的观测方程： F 1 = ( x 1 - x 0 ) 2 + ( y 1 - y 0 ) 2 + ( z 1 - z 0 ) 2 F 2 = ( x 2 - x 0 ) 2 + ( y 2 - y 0 ) 2 + ( z 2 - z 0 ) 2 . . . F i = ( x i - x 0 ) 2 + ( y i - y 0 ) 2 + ( z i - z 0 ) 2 ]]>式中：i＝1,2,...,n表示测量次数，(xi,yi,zi)表示AUV导航系统第i次测量点位置；然后利用泰勒级数展开法和最小二乘法迭代求解上述方程，将所得结果X(x0,y0,z0)利用直角坐标至球面坐标转换公式，完成水下应答器位置P0(L0,λ0,h0)的标定。3.根据权利要求1所述的一种基于多水下应答器的惯性/水声组合导航方法，其特征在于：所述步骤2的具体处理方法为：建立以水下应答器点为原点的东北天直角坐标系，将AUV与水下应答器之间的相对距离信息转换成AUV相对于水下应答器之间的三维几何位置：东向距离xe、北向距离xn和天向距离xu，定义AUV导航系统状态变量方程f(XK)为三维状态向量Xk＝[xe xn xu]T，导航系统动态方程f(XK)如下： f ( X k ) = x · e x · n x · u = v s · c o s β · s i n φ v s · c o s ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬，梁瑾，王彦国，马林，赵亮，胡小毛，汪湛清，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12