AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法技术

本发明专利技术提供一种AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法，包括如下步骤：启动多波束声呐和深度计采集数据，同时通过声速剖面仪采集的声速信息对每一个ping进行修正。通过地形匹配方法确定两个时刻之间的准确相对位置，从而得到惯导系统的最终导航误差。将惯导系统简化为弹簧模型，通过弹簧的刚度系数公式计算各个节点误差与实际最终导航误差的关系。通过地形连续性的方法确定各个时间节点对于最终误差的权重。将最终时刻误差分配到各个时间节点。本发明专利技术构建海底地形图过程中不依赖GPS信息，可由水下机器人携带，完成对较深海域的海底地形测绘，构建的地图一致性较好，各个时间节点误差小，可作为先验地形图用于水下地形匹配导航中。

Correction method for underwater topographic mapping of AUV loaded multibeam sonar

The invention provides a AUV loading of multi beam sonar underwater topographic correction method, which comprises the following steps: start of multi beam sonar and depth meter data collection at the same time, for every Ping was modified by sound velocity profiler acquisition speed information. The accurate relative position between two moments is determined by the terrain matching method, and the final navigation error of INS is obtained. The inertial navigation system is simplified as a spring model, and the relationship between the error of each node and the final navigation error is calculated by the stiffness coefficient formula of the spring. The weight of each time node is determined by the method of terrain continuity. The final time error is assigned to each time node. The invention constructs do not depend on the GPS information of submarine topography in the process can be carried by the underwater robot, the completion of the deep waters of the seabed terrain mapping, map building consistent, each time node error is small, can be used as a priori topographic map for underwater terrain matching navigation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种AUV配载多波束声呐的海底地形测绘修正方法，属于海底地形地貌的测绘

技术介绍
随着多波束技术的发展，高精度的海底地形测绘和水下机器人地形匹配导航技术的应用成为可能。水下机器人的地形匹配依赖于海底先验地图的构建。目前的海底地图构建方法通常是由船载多波束声呐扫描海底地形，但由于多波束声呐测线长度的限制，无法完成对较深海域的地形测绘。目前现有的多波束海底地形测绘方法均需要依赖于与GPS卫星或岸基单元的通信，这种通信不仅加大了成本，更限制了作业深度和距离。公开日为2016年3月9日、公开号为CN105387842A、专利技术名称为“基于感知驱动的自航式海底地形地貌测绘系统及测绘方法”的专利申请,，该方法需要同岸基单元进行实时通信，由岸基单元进行实时的地图构建，数据传输量大，传输过程中易出现误码从而加大误差。由于需要与岸基单元通信，该方法的有效工作水深为100米左右，无法实现对深水区的地形地貌测量作业。公开日为2009年5月20日、公开号为CN101436074、专利技术名称为“采用同时定位与地图构建方法的自主式水下机器人”的专利申请,该机器人同样不需要GPS信息，但采用并扫描成像声纳，作用范围小，对地形高度的测量精度低，本专利技术采用多波束声呐作为地形信息采集设备，获得的地图精度更高，且测线长度更长，一次获得的有效数据量更大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种AUV配载多波束声呐的海底地形测绘修正方法。本专利技术的目的是这样实现的：包括如下步骤：(1)启动惯性导航系统，得到惯性导航系统对于AUV的估计位置，估计位置表示为启动多波束测深系统采集数据；(2)结合惯性导航系统给出的估计位置坐标和多波束测深系统采集的数据，更新初始地图；(3)根据更新的初始地图，对是否进入可进行地形匹配的区域进行判断：未进入则返回步骤(2)；进入则使用更新的初始地图与当前地形进行地形匹配，确定路径首尾端之间的准确相对位置e＝xn-x0，其中X＝{x0,x1,...,xn本文档来自技高网...

【技术保护点】
AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)启动惯性导航系统，得到惯性导航系统对于AUV的估计位置，估计位置表示为启动多波束测深系统采集数据；(2)结合惯性导航系统给出的估计位置坐标和多波束测深系统采集的数据，更新初始地图；(3)根据更新的初始地图，对是否进入可进行地形匹配的区域进行判断：未进入则返回步骤(2)；进入则使用更新的初始地图与当前地形进行地形匹配，确定路径首尾端之间的准确相对位置e＝xn‑x0，其中X＝{x0,x1,...,xn}为AUV真实路径的节点坐标，通过惯性导航给出的首尾估计相对位置从而得到惯导系统的最终导航误差ε：ϵ=x^n-xn=x^n-x0-e=Σi=1n(x^i-x^i-1)-e]]>同时，从i＝1时刻开始到i＝n时刻结束，根据上一时刻(i‑1时刻)构建的初始地图，结合当前时刻得到的惯性导航系统给出的坐标和多波束测深系统采集的数据，通过地形连续性的方法确定各个时间节点对于最终误差的权重θi＝‑lnp(zi|xi)(i＝1,...,n)；将量测模型简化为：zi=H(x^i-vi)=H(x^i)-H(vi)=H(x^i)+vi′]]>式中：测量值zi为i时刻的多波束测深系统测得地形高程数据，为根据i‑1时刻构建的初始地图和当前时刻得到的惯性导航系统给出的坐标估计的地形高程数据，vi和v′i均是测量误差，当前性导航系统指示位置是由上一点推算的实际位置的概率为：p(zi|x^i)=p(vi′)=p(zi-H(x^i))=1(2πσe2)N/2·exp[-12σe2Σk=1N(zi,k-h(x^i,k))2]]]>ln p(zi|x^i)=-N ln2π·σe-12σe2Σk=1N(zi,k-h(x^i,k))2]]>式中：σe＝diag(σ1,σ2,...,σk)是由各个采样点方差组成的对角阵，N表示每一个时间节点的采样点个数，zi,k表示第i时刻第k条测线获得的地形高度数据，表示对应于zi,k位置由性导航系统估计的坐标推算出的高度值，的取值范围在[0,1]，则权重θi为：θi＝‑lnp(zi|xi),(i＝1,...,n)；(4)根据得到的最终导航误差ε和各时刻权重θi(i＝1,...,n)，计算各时刻AUV相对于惯性导航系统估算位置的偏移量vi(i＝1,...,n)：根据AUV的惯性导航系统状态方程最终导航误差ε简化为式中：ui‑1为i‑1时刻的真实输入，vi‑1为i‑1时刻的误差，而则将惯性导航系统简化为弹簧模型，根据弹簧的受力形变公式：Πi=1nθiΣi=1nΠj=1nθj·ϵ=θ1(x^1-x1-(x^0-x0))2=...=θn(x^n-xn-(x^n-1-xn-1))2=θ1(v1-v0)2=...=θn(vn-vn-1)2]]>建立递推模型，得出vi(i＝1,...,n)；(5)根据得到的各时刻AUV相对于惯性导航系统估算位置的偏移量vi(i＝1,...,n)，修正各个多波束测点的坐标xi,k＝xi,k+vi，实现地图的修正。...

【技术特征摘要】
1.AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)启动惯性导航系统，得到惯性导航系统对于AUV的估计位置，估计位置表示为启动多波束测深系统采集数据；(2)结合惯性导航系统给出的估计位置坐标和多波束测深系统采集的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晔，马腾，王汝鹏，陈鹏云，郭宏达，张强，安力，张蔚欣，龚昊，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23