一种水上组合导航控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水上组合导航控制方法及其控制系统，通过将获取的精度因子作为预设的阈值，根据阈值的比较，进行偏正航线的精度的修正工作，将高精度的GNSS信息，作为外部测量输入，在运动过程中频繁修正INS，以控制其误差随时间累积；而短时间内高精度的INS定位结果，们可以很好地解决GNSS动态环境中信号失锁和周跳问题。INS还可以辅助GNSS接收机增强其抗干扰能力，提高铺货和曾总卫星的能力。本发明专利技术利用惯导INS的速度信号解决动态跟踪问题，高精度定位则由GNSS来实现，提高了无人驾驶船舶的运行精度。

【技术实现步骤摘要】
一种水上组合导航控制方法及其控制系统
本专利技术涉及导航自主控制领域，尤其涉及一种水上组合导航控制方法及其控制系统。
技术介绍
自主运动控制是区别于有人操纵控制的核心技术，现有的导航技术有许多，每种方法都有自己的优点和缺点。组合导航就是将这些导航技术有机地结合起来，优势互补，提供更为可靠的导航信息。其中，INS的数据会随工作时间的延长而累积。与之对比，GNSS提供的数据精度却和工作时长无关但却受卫星状态和信号强弱的影响，将卫星导航GNSS和惯性导航INS的组合已广泛得到应用。惯性导航系统INS通过借助惯性传感器来计算用户的加速度,基于所述加速度计算用户的当前速度,并基于所述速度检测用户的当前位置。惯性导航技术具有自主性、连续性和隐蔽性等特点。现有用于汽车等移动装置的组合导航需要人为参与导航算法的切换，无法自主选择，而且在无人驾驶汽车，无人飞机、无人船艇等装置中，无法智能识别外部条件，也没有人参与，特别地，在外部运动条件下无法准确修正GNSS导航引入的运动误差和信号强弱衰减带入的系统误差。因此，特别是在无人参与的导航装置中，会给自主导航带来较大偏差，远离用户既定的设定航线。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种水上组合导航控制方法及其控制系统。为达到以上目的，本专利技术的技术方案为：一种水上组合导航控制方法，包括：1)、搜索邻近导航卫星GNSS，获得卫星信息，根据卫星信息实时获取精度因子；2)、当精度因子高于预设阈值，则导航卫星GNSS导航定位；当精度因子低于预设阈值时，则开启INS传感器工作，通过INS传感器进行修正，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。所述通过INS传感器进行修正具体包括：2.1、根据预设的航行路线，将水域水面记为二维平面，并建立坐标系中标注航线；2.2、获取当前航行航向角以及航行的速度；2.3、根据所标注的航线，选取修正向量，所述修正向量为航线外一点坐标垂直指向航线的向量；2.4、根据修正向量，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。所述选取修正向量PC，设向量PC为δ，可得：其中k为直线lAB斜率。设控制向量为ρ，则可：ρ＝ε+m·δ其中m为修正系数，其大小决定控制系统对船体航向的修正量；当船体偏离航线越远时修正强度应越强，当船体偏离航线越近时修正强度越弱；m值与δ的模值正比例相关：m＝n·|δ|其中航行速度v和航向角θ建立无人艇航行模型n为系数。根据权利要求2所述的水上组合导航控制方法，其特征在于，所述获取当前航行航向角以及航行的速度为：获取最大航行速度vmax，单位时间最大转角θmax。当精度因子低于预设阈值时，通过INS传感器获取单位时间航向角偏差率Pt＝P/t，其中，P为单位取角度，t为单位时间；当所述航向角偏差率Pt＞30角度/秒时，金策间隔为0.5秒；当30角度/秒＞所述航向角偏差率Pt＞5角度/秒时，控制间隔为3秒；当所述航向角偏差率Pt<5角度/秒时，控制间隔为6秒。所述精度因子为位置位置精度因子，接收器接收的卫星个数NGNSS<4时，采用惯性导航方程；当接收器接收的卫星个数NGNSS>＝4时，则开启INS传感器工作。一种水上组合导航控制系统，包括GNSS接收模块、对比模块、以及INS传感器接收模块；GNSS接收模块，用于搜索邻近导航卫星GNSS，获得卫星信息，根据卫星信息实时获取精度因子；对比模块，用于当精度因子高于预设阈值，则导航卫星GNSS导航定位；当精度因子低于预设阈值时，则开启INS传感器工作；INS传感器接收模块，用于通过INS传感器进行修正，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。所述INS传感器接收模块包括：航行拟定模拟模块、参数获取模块、修正选取模块、修正模块；航行拟定模拟模块，用于根据预设的航行路线，将水域水面记为二维平面，并建立坐标系中标注航线；参数获取模块，用于获取当前航行航向角以及航行的速度；修正选取模块，用于根据所标注的航线，选取修正向量，所述修正向量为航线外一点坐标垂直指向航线的向量；修正模块，用于根据修正向量，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。所述取修正向量PC，设向量PC为δ，可得：其中k为直线lAB斜率。设控制向量为ρ，则可：ρ＝ε+m·δ其中m为修正系数，其大小决定控制系统对船体航向的修正量；当船体偏离航线越远时修正强度应越强，当船体偏离航线越近时修正强度越弱；m值与δ的模值正比例相关：m＝n·|δ|其中航行速度v和航向角θ建立无人艇航行模型n为系数。与现有技术比较，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了一种水上组合导航控制方法及其控制系统，通过将获取的精度因子作为预设的阈值，根据阈值的比较，进行偏正航线的精度的修正工作，将高精度的GNSS信息，作为外部测量输入，在运动过程中频繁修正INS，以控制其误差随时间累积；而短时间内高精度的INS定位结果，们可以很好地解决GNSS动态环境中信号失锁和周跳问题。INS还可以辅助GNSS接收机增强其抗干扰能力，提高铺货和曾总卫星的能力。本专利技术利用惯导INS的速度信号解决动态跟踪问题，高精度定位则由GNSS来实现，提高了无人驾驶船舶的运行精度。附图说明图1是本专利技术控制流程框图；图2是本专利技术添加修正向量的航线坐标图；图3是本专利技术的系统结构图；图4是本专利技术实施例仿真结果图；图5是本专利技术实施例在干扰强度下仿真结果图，其中，(a)干扰强度为[0,0.3]，(b)干扰强度为[0,0.5]，(c)干扰强度为[0,0.8]。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术提供了一种水上组合导航控制方法，包括：1)、搜索邻近导航卫星GNSS(GlobalNavigationSatelliteSystem，全球导航卫星系统)，获得卫星信息，根据卫星信息实时获取精度因子；示例性的，当精度因子低于预设阈值时，通过INS传感器获取单位时间航向角偏差率Pt＝P/t，其中，P为单位取角度，t为单位时间；当所述航向角偏差率Pt＞30角度/秒时，金策间隔为0.5秒；当30角度/秒＞所述航向角偏差率Pt＞5角度/秒时，控制间隔为3秒；当所述航向角偏差率Pt<5角度/秒时，控制间隔为6秒。所述精度因子为位置位置精度因子，接收器接收的卫星个数NGNSS<4时，采用惯性导航方程；当接收器接收的卫星个数NGNSS>＝4时，则开启INS传感器工作。需要说明的是，本专利技术在具体的设定中，能够根据实际的航行时间和航航行的路程、精度要求进一步的进行设定，本实施例只给出了一种可能想的实施方案。2)、当精度因子高于预设阈值，则导航卫星GNSS导航定位；当精度因子低于预设阈值时，则开启INS(InertialNavigationSystem，惯性导航系统)传感器工作，通过INS传感器进行修正，获取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水上组合导航控制方法，其特征在于，包括：1)、搜索邻近导航卫星GNSS，获得卫星信息，根据卫星信息实时获取精度因子；2)当精度因子高于预设阈值，则导航卫星GNSS导航定位；当精度因子低于预设阈值时，则开启INS传感器工作，通过INS传感器进行修正，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。

【技术特征摘要】
1.一种水上组合导航控制方法，其特征在于，包括：1)、搜索邻近导航卫星GNSS，获得卫星信息，根据卫星信息实时获取精度因子；2)当精度因子高于预设阈值，则导航卫星GNSS导航定位；当精度因子低于预设阈值时，则开启INS传感器工作，通过INS传感器进行修正，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。2.根据权利要求1所述的水上组合导航控制方法，其特征在于，所述通过INS传感器进行修正具体包括：2.1、根据预设的航行路线，将水域水面记为二维平面，并建立坐标系中标注航线；2.2、获取当前航行航向角以及航行的速度；2.3、根据所标注的航线，选取修正向量，所述修正向量为航线外一点坐标垂直指向航线的向量；2.4、根据修正向量，获取修正系数，控制系统对船体航向的修正量，对航行的舵角偏转控制量和油门开度控制量进行操作。3.根据权利要去2所述的水上组合导航控制方法，其特征在于，所述选取修正向量PC，设向量PC为δ，可得：其中k为直线lAB斜率，设控制向量为ρ，则可：ρ＝ε+m·δ其中m为修正系数，其大小决定控制系统对船体航向的修正量；当船体偏离航线越远时修正强度应越强，当船体偏离航线越近时修正强度越弱；m值与δ的模值正比例相关：m＝n·|δ|其中航行速度v和航向角θ建立无人艇航行模型n为系数。4.根据权利要求2所述的水上组合导航控制方法，其特征在于，所述获取当前航行航向角以及航行的速度为：获取最大航行速度vmax，单位时间最大转角θmax。5.根据权利要求1所述的水上组合导航控制方法，其特征在于，当精度因子低于预设阈值时，通过INS传感器获取单位时间航向角偏差率Pt＝P/t，其中，P为单位取角度，t为单位时间；当所述航向角偏差率Pt＞30角度/秒时，金策间隔为0.5秒；当30角度/秒＞所述航向角偏差率Pt＞5角度/秒时，控制间隔为3秒；当所述航向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保军，毕卫红，刘丰，周彤，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13