一种远距离水下地磁仿生导航方法技术

本发明专利技术公开了一种远距离水下地磁仿生导航方法，包括(1)建立系统的预测模型；(2)通过在两个相互垂直的方向上分别移动一段距离获取起点处的地磁梯度数据；(3)当到达新的采样位置时，利用实测地磁数据更新地磁梯度数据；(4)利用模型预测控制的方法计算得到系统的最优输入向量；(5)导航过程中重复上述(3)、(4)步骤，当实测地磁数据与目的地地磁数据的偏差小于预设值时，认为到达了目的地，导航完成。采样该方法不需要任何地理位置和地磁图信息，成本低、抗干扰性强、实时性强，能够在地磁空间中找到一条从起点到目的地的最优导移动轨迹，可以实现远距离水下导航。

A Long Distance Underwater Geomagnetic Bionic Navigation Method

The invention discloses a long-distance underwater geomagnetic bionic navigation method, which includes: (1) establishing a prediction model of the system; (2) obtaining geomagnetic gradient data at the starting point by moving a distance in two perpendicular directions; (3) updating geomagnetic gradient data by using measured geomagnetic data when reaching a new sampling position; (4) calculating the system by using model predictive control method. When the deviation between the measured geomagnetic data and the destination geomagnetic data is less than the preset value, the navigation is completed. Sampling method does not need any geographic location and geomagnetic map information. It has low cost, strong anti-interference and real-time performance. It can find an optimal guided trajectory from the starting point to the destination in geomagnetic space and realize long-distance underwater navigation.

【技术实现步骤摘要】
一种远距离水下地磁仿生导航方法
本专利技术涉及一种地磁导航方法，具体涉及一种远距离水下地磁仿生导航方法。
技术介绍
水下自主航行器是探索和开发海洋资源的重要工具，在科学考察、商业、军事领域有着广阔的应用前景。由于全球定位系统(GPS)在水下环境中无法使用，所以水下远距离自主导航成为水下自主航行器的关键技术之一，面临着更大的挑战。目前，水下导航技术主要有惯性导航、声学导航、地形辅助导航、重力辅助导航、地磁辅助导航等。其中惯性导航具有自主性、全天候、连续实时等优点，缺点是系统误差随时间累积且价格昂贵，不适合长时间远距离导航；声学导航具有较高的精度，缺点是需要外部的换能器或换能器阵才能实现导航，且采用主动有源导航，隐蔽性差；地形辅助导航需要事先绘制的水下地形图，且导航精度与地形图精度密切相关；重力辅助导航在重力特征变化缓慢的区域导航性能很差；地磁辅助导航是一种无源导航技术，具有低成本、隐蔽性强、抗干扰能力强、导航误差不随时间累积等优点，是一种比较合适的水下导航技术。太平洋大马哈鱼、海龟等多种海洋生物能够在数千公里范围内实现迁徙或归巢。研究表明，地磁场为这些动物完成远距离水下导航提供了重要线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离水下地磁仿生导航方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立系统预测模型；(2)计算磁偏角和磁倾角的梯度数据；(3)更新磁偏角和磁倾角的梯度数据；(4)利用模型预测控制方法求解下一步最优运行速度和运行方向；(5)重复执行步骤(3)(4)，判断当前位置与目的地位置磁偏角和磁倾角的偏差来决定导航是否完成。

【技术特征摘要】
1.一种远距离水下地磁仿生导航方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立系统预测模型；(2)计算磁偏角和磁倾角的梯度数据；(3)更新磁偏角和磁倾角的梯度数据；(4)利用模型预测控制方法求解下一步最优运行速度和运行方向；(5)重复执行步骤(3)(4)，判断当前位置与目的地位置磁偏角和磁倾角的偏差来决定导航是否完成。2.根据权利要求1所述的一种远距离水下地磁仿生导航方法，其特征在于：所述步骤(1)中的系统预测模型表示为：S(k+1)＝AS(k)+B(k)u(k)式中，S(k)表示第k个采样位置的系统状态，S(k)＝[DkIk]T，Dk表示第k个采样位置的磁偏角，Ik表示第k个采样位置的磁倾角，A是系统状态的系数矩阵，B(k)＝G(k)Γ，G(k)表示第k个采样位置的地磁磁偏角和磁倾角的梯度数据，Γ表示采样周期，u(k)表示系统的输入向量，u(k)＝[vxkvyk]T，vxk表示第k个采样位置时下一步x方向的速度，vyk表示第k个采样位置时下一步y方向的速度，上述上标T均表示转置运算符号；预测模型中的系统状态和输入向量服从以下约束条件：Smin≤S(k)≤Smaxumin≤u(k)≤umax式中，umin、umax、Smin、Smax分别表示系统输入向量的最小值、系统输入向量的最大值、系统状态的最小值、系统状态的最大值。3.根据权利要求1所述的一种远距离水下地磁仿生导航方法，其特征在于：所述步骤(2)中的计算磁偏角和磁倾角梯度数据包括如下步骤：水下航行器从起点L0沿任意方向，记作x方向，移动一段距离到位置L1，之后沿与x方向逆时针垂直90度的方向，记作y方向，移动一段距离到位置L2，并以L0为原点建立参考坐标系xoy，L0、L1、L2位置的坐标分别为(x0，y0)、(x1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小峰，张永定，刘玉宏，周旭，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32