一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统，涉及导航与控制领域，导航方法包括以下步骤：判断GPS定位模块是否正常工作；若是，则根据GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；若否，则分别获取由GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；采用滤波算法对最后有效位置信息、速度信息、姿态信息与角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；根据波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。本发明专利技术能够实现在定位信息暂时性缺失情况下波浪滑翔器的位置推算与导航功能，保证波浪滑翔器的航行安全。的航行安全。的航行安全。

【技术实现步骤摘要】
一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统


[0001]本专利技术涉及导航与控制领域，特别是涉及一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统。

技术介绍

[0002]波浪滑翔器是一种利用波浪能提供动力，利用太阳能提供各传感器所需电能的新型海洋移动观测平台。波浪滑翔器主要通过GPS来获取位置信息，然后进行导航路径解算。
[0003]波浪滑翔器所处的海洋环境复杂多变，特别是遇到极端恶劣天气、未知干扰影响时可能会导致船载的GPS系统信号暂时性的丢失，严重影响航行安全。目前，在现有技术中并未提及在波浪滑翔器定位信息缺失时如何实现导航。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统，通过本专利技术能够实现在定位信息暂时性缺失情况下波浪滑翔器的位置推算与导航功能，保证波浪滑翔器的航行安全。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法，所述波浪滑翔器搭载GPS定位模块、多普勒计程仪和航姿参考模块，所述导航方法包括以下步骤：判断所述GPS定位模块是否正常工作；若是，则根据所述GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；若否，则分别获取由所述GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由所述多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由所述航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；根据所述波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。
[0006]本专利技术还提供了一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航系统，包括：搭载在波浪滑翔器上的GPS定位模块、多普勒计程仪和航姿参考模块，以及数据处理单元，所述数据处理单元包括：判断子单元，用于判断所述GPS定位模块是否正常工作；第一导航路径解算子单元，用于当所述GPS定位模块正常工作时，根据所述GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；信息获取子单元，用于当所述GPS定位模块异常工作时，分别获取由所述GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由所述多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由所述航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；航位推算子单元，用于采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所
述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；第二导航路径解算子单元，用于根据所述波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。
[0007]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统，所述波浪滑翔器搭载GPS定位模块、多普勒计程仪和航姿参考模块，所述导航方法包括：判断GPS定位模块是否正常工作；若是，则根据所述GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；若否，则分别获取由所述GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；根据所述波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。与现有技术相比，本专利技术能够实现在定位信息暂时性缺失情况下波浪滑翔器的位置推算与导航功能，保证波浪滑翔器的航行安全。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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得其他的附图。
[0009]图1为本专利技术实施例1提供的一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法的流程图；图2为波浪滑翔器短时定位缺失导航示意图；图3为本专利技术实施例2提供的一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航系统中数据处理单元的结构框图。
具体实施方式
[0010]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，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]本专利技术的目的是提供一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法及系统，通过本专利技术能够实现在定位信息暂时性缺失情况下波浪滑翔器的位置推算与导航功能，保证波浪滑翔器的航行安全。当然，本专利技术所涉及的一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法也可扩展到其他与波浪滑翔控制原理类似的航行器上。
[0012]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0013]实施例1：本专利技术提供了一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法，如图2所示，所述波浪滑翔器搭载GPS定位模块、多普勒计程仪和航姿参考模块，如图1所示，所述导航方法包括以下步骤：
S1：判断所述GPS定位模块是否正常工作；S2：若是，则根据所述GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；S3：若否，则分别获取由所述GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由所述多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由所述航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；其中，将最后有效位置作为航位推算的初始位置；S4：采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；S5：根据所述波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。
[0014]所述导航方法还包括：将所述多普勒计程仪提供航行的速度信息进行坐标变换，得到东向速度信息与北向速度信息。坐标变换需要的姿态信息及角速度信息由航姿参考模块提供。
[0015]在步骤S4中，所述采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的位置信息，具体包括：S41：构建波浪滑翔器航位推算的离散状态方程和观测方程；所述离散状态方程为：x(k+1)=A
k+1,k
x(k)+B
k+1,k
w(k)其中，x(k+1)为离散状态方程矩阵，k为更新次数，A
k+1,k
为状态转移矩阵，A
k+1,k
=diag[A
e(k+1,k)
,A
n(k+1,k)
]，，A
e(k+1,k)
为东向状态转移矩阵，A
n(k+1,k)
为北向状态转移矩阵，为采样时间，τ为定值，x(k)为状态量，B
k+1,k
为控制输入矩阵，
，w(k)为过程噪声，，为加速度的标准差；所述观测方程为：z(k+1)=h(x(k))+v(k)其中，z(k+1)为观测方程矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法，其特征在于，所述波浪滑翔器搭载GPS定位模块、多普勒计程仪和航姿参考模块，所述导航方法包括以下步骤：判断所述GPS定位模块是否正常工作；若是，则根据所述GPS定位模块提供的位置信息进行导航路径解算，得到导航路径；若否，则分别获取由所述GPS定位模块提供的最后有效位置信息、由所述多普勒计程仪提供航行的速度信息以及由所述航姿参考模块提供的姿态信息与角速度信息；采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的当前位置信息；根据所述波浪滑翔器的当前位置信息进行导航路径解算，得到导航路径。2.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法，其特征在于，所述导航方法还包括：将所述多普勒计程仪提供航行的速度信息进行坐标变换，得到东向速度信息与北向速度信息。3.根据权利要求1所述的一种波浪滑翔器短时定位缺失的导航方法，其特征在于，所述采用滤波算法对所述最后有效位置信息、所述速度信息、所述姿态信息与所述角速度信息进行航位推算，得到波浪滑翔器的位置信息，具体包括：构建波浪滑翔器航位推算的离散状态方程和观测方程；所述离散状态方程为：x(k+1)=A
k+1,k
x(k)+B
k+1,k
w(k)其中，x(k+1)为离散状态方程矩阵，k为更新次数，A
k+1,k
为状态转移矩阵，A
k+1,k
=diag[A
e(k+1,k)
,A
n(k+1,k)
]，，A
e(k+1,k)
为东向状态转移矩阵，A
n(k+1,k)
为北向状态转移矩阵，为采样时间，τ为定值，x(k)为状态量，B
k+1,k
为控制输入矩阵，
，w(k)为过程噪声，，为加速度的标准差；所述观测方程为：z(k+1)=h(x(k))+v(k)其中，z(k+1)为观测方程矩阵，h(x(k))为状态观测矩阵，，，x为观测量的定义，x
e
为东向位置，为东向速度，为东向加速度，x
n
为北向位置，为北向速度，为北向加速度，v(k)为测量噪声矩阵，，a1为GPS定位模块的第一测量噪声，a2为GPS定位模块的第二测量噪声，，为GPS定位模块的噪声值，v1为多普勒计程仪的第一测量噪声，v2为多普勒计程仪的第二测量噪声，，为多普勒计程仪的噪声值，w1为航姿参考模块的角速度
测量噪声，，为航姿参考模块的角速度的噪声值；根据所述离散状态方程...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀军，桑宏强，周莹，于佩元，张帅，孙超，
申请(专利权)人：青岛海舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：