深潜载人潜水器SINS自辅助导航方法技术

本发明专利技术公开一种深潜载人潜水器SINS自辅助导航方法，包括以下步骤：1、利用载人潜水器上的惯性测量单元(IMU)提供的角运动和线运动测量作为捷联惯性导航系统(SINS)的输入，并行执行两次导航解算算法，输出两组完全相同的导航参数，从而获得两套完全相同的捷联惯性导航系统SINS1和SINS2；2、对步骤1中SINS1输出的水平速度进行频率差异特性分析；3、设计高通无时延数字滤波器，滤除SINS1输出的水平速度中包含的低频速度误差分量，从而获得载人潜水器真实的水平速度；4、利用步骤3获取的真实水平速度，通过kalman滤波与SINS2共同构建速度匹配组合导航，从而获得定位误差不随时间累积的组合导航结果。本发明专利技术能够获取导航系下的辅助速度信息，实现定位误差不随时间累积。

Sins self assisted navigation method for deep submersibles

【技术实现步骤摘要】
深潜载人潜水器SINS自辅助导航方法
本专利技术属于载人潜水器水下导航定位
，尤其涉及一种深潜载人潜水器SINS自辅助导航方法。
技术介绍
随着水下导航传感器技术和算法的发展，新的水下载体不断涌现，新的水下作业任务得以实现。然而，在远离海面或海底的这段水域全球定位系统(GPS)和多普勒测速仪(DV)均不可用，使得中层水域导航仍然是当前水下导航面前的严峻挑战之一。目前，声学定位系统和惯性测量单元(IMU)是中层水域XY导航唯一可用的传感器。对于深潜载人潜水器而言，考虑到宝贵的水下作业时间，获取精确的落地点和出水点位置对于航次安全和作业任务顺利完成至关重要。现有的中层水域导航定位主要依赖捷联惯性导航系统(SINS)和声学定位系统。然而，声学定位系统不仅需要水面支持母船或预先布设的专用设备，而且易受多径效应影响且定位精度与作用距离相关。此外，尽管SINS具有自主性、数据更新率高和导航信息完备等优点，然而它是通过对IMU提供的包含固有偏置的角运动和线运动信息积分计算姿态、速度和位置，使得SINS定位误差随时间累计。在现有水下导航传感器的技术条件下，挖掘其他可用信息源，设计一种经济可行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深潜载人潜水器的SINS自辅助导航方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：利用载人潜水器上的惯性测量单元(IMU)提供的角运动和线运动测量作为捷联惯性导航系统(SINS)的输入，并行执行两次导航解算算法，输出两组完全相同的导航参数，即姿态、速度和位置，从而获得两套完全相同的捷联惯性导航系统SINS，即SINS1和SINS2；步骤2：对步骤1中SINS1输出的水平速度进行频率差异特性分析，根据载人潜水器下潜/上浮运动特征以及SINS误差传播特性，将真实的水平速度视为高频信号，将水平速度误差视为低频信号；步骤3：根据步骤2中的频率差异特性分析，设计高通无时延数字滤波器，滤除SINS1...

【技术特征摘要】
1.一种深潜载人潜水器的SINS自辅助导航方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：利用载人潜水器上的惯性测量单元(IMU)提供的角运动和线运动测量作为捷联惯性导航系统(SINS)的输入，并行执行两次导航解算算法，输出两组完全相同的导航参数，即姿态、速度和位置，从而获得两套完全相同的捷联惯性导航系统SINS，即SINS1和SINS2；步骤2：对步骤1中SINS1输出的水平速度进行频率差异特性分析，根据载人潜水器下潜/上浮运动特征以及SINS误差传播特性，将真实的水平速度视为高频信号，将水平速度误差视为低频信号；步骤3：根据步骤2中的频率差异特性分析，设计高通无时延数字滤波器，滤除SINS1输出的水平速度中包含的低频速度误差分量，从而获得载人潜水器真实的水平速度；步骤4：利用步骤3获取的真实水平速度，通过kalman滤波与SINS2共同构建速度匹配组合导航，从而获得定位误差不随时间累积的组合导航结果。2.根据权利要求1所述的一种深潜载人潜水器的SINS自辅助导航方法，其特征在于：步骤1所述导航解算算法如下：步骤1.1：选取当地地理坐标系作为导航坐标系，分别指向北、东、地，而载体坐标系则分别指向载体的前、右、下；记导航坐标系为n，载体坐标系为b，惯性坐标系为i以及地球坐标系为e，得到n系下导航解算的微分方程；步骤1.2：已知初始时刻的姿态、速度和位置，通过对导航解算微分方程进行积分可以实时递归计算得到当前时刻的姿态、速度和位置。3.根据权利要求2所述的一种深潜载人潜水器的SINS自辅助导航方法，其特征在于：步骤1.1所述n系下导航解算的微分方程分别为：其中，表示载体坐标系到导航坐标系的姿态矩阵；表示载体坐标系相对于导航坐标系的角速率在导航坐标系下的投影；表示地球坐标系相对于惯性坐标系的角速率在导航坐标系下的投影；表示导航坐标系相对于地球坐标系的角速率在导航坐标系下的投影；Vn＝[VNVEVD]T是对地速度在导航坐标系的投影；VN、VE、VD分别表示对地速度在导航坐标系中北向、东向和地向的投影；表示加速度计输出的比力信息；gn表示重力加速度在导航系下的投影；L、λ和h分别表示纬度、经度和高度；Rn、Re分别表示地球子午圈、卯酉圈曲率半径；所述表达式如下：其中，表示陀螺仪输出的角运动信息，Ω是地球自转角速率。4.根据权利要求3所述的一种深潜载人潜水器的SINS自辅助导航方法，其特征在于：步骤2所述对SINS1输出的水平速度进行频率差异特性分析，方法如下：步骤2.1：对SINS1输出的水平速度的组成进行分析，水平速度包括两部分：真实水平速度和水平速度误差；步骤2.2：方程(1)～(3)中姿态、速度和位置的计算值跟真实值之间存在误差，采用扰动法推导出SINS误差传播方程：其中，φ＝[φNφEφD]T为欧拉失准角，用于描述计算的导航坐标系n'与真实的导航坐标系n之间的旋转；δVn＝[δVNδVEδVD]T为速度误差，δVN、δVE、δVD分别为北向、东向、地向速度误差；为导航坐标系相对惯性坐标系的角速率在导航坐标系下的投影；为导航坐标系相对惯性坐标系的角速率误差在导...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锡祥，刘贤俊，王艺晓，马晓爽，刘剑威，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32