一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法技术

本发明专利技术公开了一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法，包括：步骤S1：安装GNSS双天线，利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时；步骤S2：在航行过程中，采集同一时刻的惯性导航系统的航向数据和GNSS双天线位置处的定位数据；步骤S3：删除影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S4：删除不影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S5：利用同一时刻GNSS双天线系统采集的有效定位数据，得到航向数据，与同一时刻惯性导航系统进行比对，实现惯性导航系统航的校准。本发明专利技术具有成本低廉、易于实施、GNSS定位异常数据删除准确率等优点，可有效提高无人水面舰艇惯性导航系统的航向校准精度。统的航向校准精度。统的航向校准精度。

A calibration method for dynamic heading measurement of unmanned surface ships

【技术实现步骤摘要】
一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法


[0001]本专利技术主要涉及到无人水面舰艇
，特指一种基于GNSS(Global Navigation Satellite System,全球卫星导航定位系统)定位异常数据删除的无人水面舰艇动态航向测量校准方法。

技术介绍

[0002]无人水面舰艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是一种具备自主航行能力、通过搭载先进的控制系统、传感器系统、通信系统或者武器系统遂行多样化作业的水面运动载体。与传统的有人驾驶舰船相比，其具有机动性好、自动化程度高、使用成本低廉等优点，能够在危险、恶劣的环境中执行有人驾驶舰船难以完成或者无法完成的任务，在军用和民用领域均有广泛的应用前景。
[0003]高精准的航向数据是无人水面舰艇机动和遂行任务的前提和基础。目前通常采用高精度的惯性导航系统为无人水面舰船提供航向信息，惯性导航系统主要陀螺仪和加速度计组成，受陀螺仪和加速度计累积误差的影响，导致航向误差随着时间累积甚至发散；因此，研究设计高时效、高可靠的航向校准技术，确保惯性导航系统航向数据不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，步骤包括：步骤S1：安装GNSS双天线，利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时；步骤S2：在无人舰艇执行线性运动路径的航行过程中，采集同一时刻的惯性导航系统的航向数据和GNSS双天线位置处的定位数据；步骤S3：删除影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S4：删除不影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S5：利用同一时刻GNSS双天线系统采集的有效定位数据，解算得到航向数据，与同一时刻惯性导航系统的航向数据进行比对，实现惯性导航系统航的校准。2.根据权利要求1所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S1中，将两个GNSS天线分别安装在无人水面舰艇的舰艏艉线上，将安装在舰艏方向的GNSS天线标记为天线A,安装在舰艉方向的GNSS天线标记为天线B,得到GNSS系统双天线航向测量系统；利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时，确保无人水面舰艇上所有设备工作在相同的时间基准。3.根据权利要求2所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述无人水面舰艇以恒定的速度V沿舰艏艉线方向执行线性运动，采用相同的采样时刻和采样频率对天线A、天线B位置处的GNSS定位数据及惯性导航系统的航向数据进行采集，得到惯性导航系统的航向数据集H＝{h1,h2,
…
,h
i
,
…
,h
n
}，天线A的定位数据集D
A
＝{A1,A2,
…
,A
i
,
…
,A
n
}，天线B的定位数据集D
B
＝{B1,B2,
…
,B
i
,
…
,B
n
}；其中，1≤i≤n，n为正整数，h
i
为航向数据集H中的第i个成员数据，h
i
＝{t
i
,f
i
}，t
i
为采样时刻，f
i
为t
i
时刻采集到的航向数据；A
i
为定位数据集D
A
中的第i个位置数据成员，中的第i个位置数据成员，为t
i
时刻天线A在大地坐标系下的横坐标，为t
i
时刻天线A在大地坐标系下的纵坐标；B
i
为定位数据集D
B
中的第i个成员数据，第i个成员数据，为t
i
时刻天线B在大地坐标系下的横坐标，为t
i
时刻天线B的纵坐标。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过线性回归方法对GNSS天线采集的定位数据进行处理，得到无人水面舰艇的线性运动路径方程。5.根据权利要求4所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S3的流程包括：步骤S31：无人水面舰艇沿舰艏艉线方向执行线性路径运动，对采集到的天线A和天线B在大地坐标系下的横坐标数据和纵坐标数据进行线性回归处理；其中，天线A的GNSS定位数据处理流程如下：设天线A的横坐标数据与纵坐标数据的线性方程为：y＝a0x+b0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，y代表天线A的纵坐标，x代表天线A的横坐标，参数a0,b0为(1)式待求解的系数，将采集到的定位数据集D
A
的横坐标数据、纵坐标数据代入(1)式，依据最小二乘准则，a0,b0的值可由(2)式求解得到：
其中，其中，为天线A的纵坐标数据，为天线A的横坐标数据；步骤S32：按照点到直线的距离公式(3)式计算定位数据集D
A
中位置数据成员A
i
到(1)式的距离，得到距离数据集的距离，得到距离数据集为数据集d的第i个距离数据:其中，为天线A的横坐标数据，为天线A的纵坐标数据；步骤S33：对距离数据集按照(4)求均值按照(5)式求标准差s
A
：：步骤S34：根据数学统计学中3σ准则对影响线性拟合的异常定位数据进行删除；步骤S35:重复执行步骤S31
‑
S34，继续检查剩余的GNSS定位数据集D
A
中是否还有的异常定位数据，直至删除所有的异常定位数据，得到删除影响线性拟合异常定位数据的GNSS定位数据集D
A
′
＝{A1′
,A2′
,
…
,A
j
′
,
…
,A
m
′
}，其中，1≤j≤m，m为正整数且m≤n，A
j
′
为定位数据集D
A
′
的第j个定位数据成员，t
j
为采样时间，为t
j
时刻天线A在大地坐标系下的横坐标数据，为t
j
时刻天线A的纵坐标数据；采用同样的方法，实现GNSS天线B采集数据中影响线性拟合定位数据异常定位数据的删除。6.根据权利要求5所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S34中，判断定位数据集D
A
中的位置数据成员A
i
到线性拟合方程(1)式的距离是否满足(6)式，满足则认为A
i
为异常定位数据，予以删除；不满足则认为是有效数据，予以保留：7.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据不影响线性拟合的GNSS定位数据异常定位数据在平行于无人水面舰艇线性运动方向上严重偏离地理坐标真值特点，求解已经删除影响线性拟合异常定位数据的GNSS定位数据集D
A
′
中两相邻采样时间点之间的速率值；采用数学统计学中的3σ准则对定位异常定位数据点的速率值进行判断，实现不影响线性拟合的异常定位数据的准确
查找与删除。8.根据权利要求7所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S4的流程包括：步骤S41：对数据集D
A
′
中两个相邻采样时间的定位数据成员A
′
k
,A
′
k+1
按照公式(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文博，黄震，陈慧茜，潘衡岳，陈易欣，孙良义，贺峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：