一种基于电机推进模型的航位推算方法技术

本发明专利技术涉及一种定位导航方法，更具体地说，它提供了一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法。本方法通过收集GPS、DVL、ADCP及姿态传感器数据，利用电机推进模型建立转速与AUV相对海水的航速的模型，并基于模糊支持向量机训练改善模型精度，当DVL数据失效时，依靠电机转速及电机推进模型推算AUV速度，辅助AUV继续进行航位推算导航，提高了AUV的环境适应能力及导航的鲁棒性。

A dead reckoning method based on motor propulsion model

【技术实现步骤摘要】
一种基于电机推进模型的航位推算方法
本专利技术涉及一种定位导航方法，更具体地说，它是一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法。
技术介绍
在人类和社会发展的同时，人口、资源和环境这三个难解的课题摆在了全人类的面前。由于海洋中丰富的生物资源和矿产资源，人们为了进一步开拓自己的生存空间，把注意力转向了对海洋的开发。由于噪声小，可以方便的接近目标，AUV是理想的测量平台。作为人类探索及使用海洋的一种重要手段，人们已经越来越多的关注自主式水下机器人(AUV)的应用与开发。决定AUV能否可以安全作业及返回的关键因素之一就是AUV导航系统精度的高低。惯性导航系统(INS)应用于AUV有以下缺点：一是INS存在误差随时间不断增长的问题，对于长时间工作的AUV难以满足其精度的要求，二是成本高，体积大。考虑到以上因素，INS在小型AUV上的应用收到限制，而传统的航位推算方法在AUV上更适用。航位推算方法依赖于姿态数据和多普勒测速仪(DVL)采集的速度数据。AUV在深海航行过程中可能会出现超过DVL的深度量程，测量数据失效情况，从而导致航位推算方法产生极大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法，其特征在于：具体步骤如下：/n(1)AUV位置、速度、姿态信息及螺旋桨推进转速获取及处理；/n(2)建立水流相对AUV速度关于螺旋桨转速的电机推进模型；/n(3)基于模糊支持向量机优化电机推进模型；/n(4)根据速度信息及姿态信息进行AUV位置推算。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)AUV位置、速度、姿态信息及螺旋桨推进转速获取及处理；
(2)建立水流相对AUV速度关于螺旋桨转速的电机推进模型；
(3)基于模糊支持向量机优化电机推进模型；
(4)根据速度信息及姿态信息进行AUV位置推算。


2.根据权利要求1所述的一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法，其特征在于：所述的AUV位置、速度、姿态信息及螺旋桨推进转速获取及处理：
通过GPS获取AUV航行过程的初始位置(x0,y0)，其中x0为初始位置经度，y0为初始位置纬度；AUV水平运动时，在DVL量程范围内，通过DVL报文信息判断其数据有效时，利用DVL获取的AUV航行过程艏向速度u，形成一组时间序列{(u1,t1),(u2,t2),…,(un,tn)}，通过姿态传感器获取AUV航行过程的艏摇角φ，并通过传统航位推算方法进行计算；
同时，利用AUV本体的机电状态监测系统记录AUV的当前螺旋桨推进转速n；通过流速剖面仪测得水流相对AUV的速度{(uw1,t1),(uw2,t2),…,(uwn,tn)}，则当前水流的绝对速度uw对底可表示为uw对底＝E(ui-uwi)。


3.根据权利要求1所述的一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法，其特征在于：所述的建立水流相对AUV速度关于螺旋桨转速的电机推进模型：
假设流速uw对底的数值和方向不随时间和空间点的位置发生变化，AUV运动速度变化主要受螺旋桨推力的影响，AUV稳定航行时，螺旋桨提供的有效推力和船的总阻力达到平衡，即：



其中ρ为水的密度，uw为AUV相对海水的航速，Ω为AUV湿表面积，ζ为总阻力系数，一般情况下总阻力系数ζ为一常数，τp为推力减额系数，ρ为水的密度，wp为伴流系数，Dp为螺旋桨直径；τp与AUV的外形、螺旋桨尺度、负荷及在AUV的安装位置等因素有关，通常根据AUV的自航试验或经验公式来确定；K0、K1和K2用来描述螺旋桨的无因次推力KP和无因次阻转矩KM，根据螺旋桨试验结果，通过曲线拟合确定；



式中









提出一种AUV机电推进的训练模型：





4.根据权利要求1所述的一种基于电机推进模型辅助的航位推算方法，其特征在于：所述的基于模糊支持向量机优化电机推进模型：
对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜雪，赵璇，张勋，徐健，管凤旭，李娟，周佳加，孙岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23