一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合导航方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合导航方法及系统，该方法包括：初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态；建立外速度阻尼回路，并在外速度阻尼回路基础上建立全阻尼回路；当多普勒测速对底速度有效时，则建立基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态方程，通过实时速度组合导航，输出高精度位置、速度及航姿信息；当多普勒测速对底速度无效时，进入全阻尼回路，输出阻尼后的速度、航姿及位置信息。通过该方案可以提高水下组合导航精度，并在多普勒测速对水有效时，有效阻尼纯惯性导航的舒拉周期和地球周期，满足航行器在不同海底深度环境下对高性能导航信息的需求。境下对高性能导航信息的需求。境下对高性能导航信息的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合导航方法及系统


[0001]本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种基于速度阻尼的惯性/多普勒 组合导航方法及系统。

技术介绍

[0002]多普勒具有对底测速精度高、性能稳定的特点，为满足水下无人航行器 对高精度导航信息的需求，一般采用惯性导航设备与多普勒进行速度组合导 航方式，实时输出高精度导航信息。随着水下无人航行器航程的增加，航行 器航行海域和范围变大，很多海域由于海底较深(大于1500米)，多普勒测 速仪不能测量航行器的对底速度，只能测量航行器的对水速度，在洋流较大 时(大于2Kn)，严重影响航行器在水底的自主航行。
[0003]为解决此问题，目前，采用的方案主要有两种，一种是多普勒速度对底 时，直接用多普勒对水速度与惯导组合，这样相当于把洋流速度带入组合导 航系统，提供的速度精度与多普勒对水速度精度基本相同，严重影响航行器 的航行安全，并且不能保证航行器到达预定位置，容易导致任务失败；另一 种方法是，航行器浮出水面，采用惯导与卫星导航的信息进行组合导航，输 出高精度的导航信息，可以保证导航信息的精度要求，失去航行器水下航行 条件，不能满足航行器的使用要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合 导航方法及系统，以解决多普勒对水测速精度不能满足水下无人航行器使用 要求的问题。
[0005]在本专利技术实施例的第一方面，提供了一种基于速度阻尼的惯性/多普勒 组合导航方法，包括：
[0006]初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态；
[0007]建立外速度阻尼回路，并在外速度阻尼回路基础上建立全阻尼回路；
[0008]当多普勒测速对底速度有效时，则建立基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态 方程，通过实时速度组合导航，输出高精度位置、速度及航姿信息；
[0009]当多普勒测速对底速度无效时，进入全阻尼回路，输出阻尼后的速度、 航姿及位置信息。
[0010]在本专利技术实施例的第二方面，提供了一种基于速度阻尼的惯性/多普勒 组合导航系统，包括：
[0011]初始对准模块，用于初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态，建 立外速度阻尼回路，并在外速度阻尼回路基础上建立全阻尼回路；
[0012]组合导航模块，用于当多普勒测速对底速度有效时，则建立基于速度阻 尼的卡尔曼滤波状态方程，通过实时速度组合导航，输出高精度位置、速度 及航姿信息；
[0013]速度阻尼导航模块，用于当多普勒测速对底速度无效时，进入全阻尼回 路，输出阻尼后的速度、航姿及位置信息。
[0014]本专利技术实施例中，在现有的惯性/卫星组合导航、惯性/多普勒组合导航 等模式的基础上，根据速度阻尼技术原理，提出一种基于速度阻尼的惯性/ 多普勒速度组合导航方法。该方法充分利用多普勒对底和对水测速信息的特 点，增加速度阻尼回路，解决了现有多普勒对水测速精度不能满足水下无人 航行器使用问题。为保证在对底有效时的惯性/多普勒组合导航精度、满足 水下航行，在对底或对水有效时，均采用速度阻尼方式取代传统的纯惯性导 航方式，建立基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态方程，从而保证组合导航的导 航性能；在多普勒测速有效时，惯导实时工作于速度阻尼状态，在多普勒对 底有效时，采用基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态方程，实时惯性/多普勒组 合导航，当对底无效对水有效时，实时输出基于对水阻尼的速度和航姿参数， 供航行器安全航行，从而在根本上解决洋流较大时，实时提供可靠精度的速 度信息供无人水下航行器安全航行。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅 仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性 劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
[0016]图1为本专利技术的一个实施例提供的一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组 合导航方法的流程示意图；
[0017]图2为本专利技术的一个实施例提供的航程定位误差曲线示意图；
[0018]图3为本专利技术的一个实施例提供的一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组 合导航方法的另一流程示意图；
[0019]图4为本专利技术的一个实施例提供的一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组 合导航系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将 结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部 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它实施例，都属于本专利技术保护的范围以下结合附 图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于 限定本专利技术的范围。
[0021]本专利技术的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相 近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方 法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。
[0022]本专利技术的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他 相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、 方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。此外，“第一”“第二
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用于区分不同对象，并非用于描述特定顺序。
[0023]需要说明的是，水面舰船一般可以实时接收卫星导航信息，采用卫星导 航校准主惯导方式。主惯导一般都是选择最好性能体制的惯性导航设备，其 纯惯性导航精度比水下
无人航行器高一个数量级以上，一般工作在纯惯性导 航状态或速度阻尼状态，速度阻尼采用的速度一般为电磁测速仪测量的对水 速度，可以有效阻尼纯惯性导航的舒拉周期和地球周期，输出的速度和航姿 基本无周期误差信号，大幅提高导航信息的精度。多普勒对水速度性能优于 电磁对水测量性能，在对水与对底测速两种条件下，始终采用速度阻尼方式， 重新建立惯导/多普勒速度组合的阻尼误差方程，在多普勒速度对底有效时， 输出惯导/多普勒速度组合导航信息，在对底无效对水有效时，不进行组合 导航，只工作于速度阻尼，输出高性能的速度和航姿信息，速度和航姿误差 主要为常值误差，其中速度常值误差一般优于0.2Kn,有效保证水下航行的安 全航行。
[0024]请参阅图1，图1为本专利技术一个实施例提供的一种基于速度阻尼的惯性/ 多普勒组合导航方法的流程示意图，包括：
[0025]S101、初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态；
[0026]所述初始对准用于在惯性导航开始前，进行坐标对准、初始参数的测量 和标定的过程。所述速度阻尼状态为基于速度信息进行阻尼导航的状态。
[0027]在本专利技术实施例中，采用的坐标系定义如下：
[0028]导航参考坐标系(t系)：坐标系原点在经纬度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合导航方法，其特征在于，包括：初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态；建立外速度阻尼回路，并在外速度阻尼回路基础上建立全阻尼回路；当多普勒测速对底速度有效时，则建立基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态方程，通过实时速度组合导航，输出高精度位置、速度及航姿信息；当多普勒测速对底速度无效时，进入全阻尼回路，输出阻尼后的速度、航姿及位置信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始对准结束后，惯导系统进入速度阻尼状态包括：利用动态解析对准算法快速确定惯导粗略水平姿态及航向，获得航行器初始航姿；其中，惯导系统粗对准结束后转入精对准，同步采集卫星导航水平位置信息，以惯导位置误差作为观测量进行卡尔曼滤波完成精对准，精对准结束后，若判定多普勒速度有效，则进入速度阻尼状态。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外速度阻尼回路包括东向速度阻尼回路和北向速度阻尼回路。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述外速度阻尼回路的积分过程中增加校正网络，使由加速度计误差、等效陀螺漂移、初始误差角引起的周期震荡性误差角衰减。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态方程，通过实时速度组合导航，输出高精度位置、速度及航姿信息包括：利用阻尼后的导航信息，在多普勒测速对底有效时，进行惯性解算获得导航参数，构造基于速度阻尼的卡尔曼滤波状态转移矩阵，并计算离散状态转移矩阵，基于公式计算观测矩阵；同步采集多普勒速度信息，计算惯导速度误差作为观测量，进行卡尔曼滤波预测和修正，实时输出高精度的组合导航信息。6.一种基于速度阻尼的惯性/多普勒组合导航系...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉孔，李建岭，杜勇，熊海虹，程日成，
申请(专利权)人：武汉华中天易星惯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：