一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术涉及UUV导航技术领域，尤其涉及一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质，包括：在组合导航系统自检通过后，布放水下无人航行器，并利用卫星定位装置输出的位置信息初始对准，检测光纤惯性导航系统是否接收到标定指令，若未接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，进入仅执行任务工况，并获取导航参数最优估计；若接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，根据水下无人航行器是否需要执行任务，分别进入标定与执行任务工况或者进入仅标定工况。本发明专利技术通过划分仅执行任务、标定后执行任务和仅需标定三种情况，解决了大深度UUV从布放、水下执行任务到回收全过程中INS的工作时序问题。行任务到回收全过程中INS的工作时序问题。行任务到回收全过程中INS的工作时序问题。

【技术实现步骤摘要】
一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术涉及UUV导航
，尤其涉及一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]目前，大多数水下无人航行器(unmanned underwater vehicle，UUV)都搭载基于光纤/激光陀螺的惯性导航系统(inertial navigation system，INS)，由于UUV的下潜深度一般不超过1000m，因此，惯性导航系统采用的导航方法较简单，通常采用INS和多普勒测速仪(doppler velocity log，DVL)或者INS和卫星定位系统(global navigation satellite system，GNSS)组合的方法。
[0003]然而，GNSS信息只有UUV上浮出水面或水面附近才能接收到，对于潜深超过1000m的大深度UUV不适用，现有INS导航方法也不适用于大深度UUV，比如：当工作深度超过6000米时，对UUV的导航精度等方面的要求会更加严苛。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质，解决的技术问题是，传统的搭载惯性导航系统得水下无人航行器无法适用于深层海域，且导航精度差。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种深海水下无人航行器惯导方法、系统、设备及介质。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种深海水下无人航行器惯导方法，应用安装在水下无人航行器上的组合导航系统，所述组合导航系统包括光纤惯性导航系统、卫星定位装置、多普勒测速仪和深度计，所述卫星定位装置包括卫星定位接收机和水声定位系统，所述方法包括以下步骤：
[0007]对组合导航系统进行自检，并在自检通过后，布放水下无人航行器；
[0008]利用卫星定位装置输出的位置信息开始初始对准，并检测光纤惯性导航系统是否接收到标定指令，若未接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，进入仅执行任务工况，完成组合导航；
[0009]若接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，判断水下无人航行器是否需要执行任务，若需要执行任务，则进入标定与执行任务工况，完成组合导航；否则进入仅标定工况；
[0010]在结束导航使命任务后，获取导航参数最优估计。
[0011]在进一步的实施方案中，所述仅执行任务工况包括：
[0012]接收卫星定位接收机的位置信息，并控制水下无人航行器到达预设下潜点；
[0013]利用卫星定位接收机的位置信息进行下潜点水面校准，在下潜点水面校准完成后，控制水下无人航行器开始下潜；
[0014]根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计；
[0015]在完成导航使命任务时，水下无人航行器上浮至水面并进行示位、回收，完成组合导航。
[0016]在进一步的实施方案中，所述仅标定工况包括：
[0017]利用卫星定位装置输出的位置信息和多普勒测速仪输出的速度信息对光纤惯性导航系统进行标定，并对光纤惯性导航系统进行水面二次对准；
[0018]在标定完成后，回收水下无人航行器。
[0019]在进一步的实施方案中，所述标定与执行任务工况包括：
[0020]利用卫星定位装置输出的位置信息和多普勒测速仪输出的速度信息对光纤惯性导航系统进行标定，并在标定完成后，对光纤惯性导航系统进行水面二次对准；
[0021]在二次对准结束后，接收卫星定位接收机的位置信息，并控制水下无人航行器到达预设下潜点；
[0022]利用卫星定位接收机的位置信息进行下潜点水面校准，在下潜点水面校准完成后，控制水下无人航行器开始下潜；
[0023]根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计；
[0024]在完成导航使命任务时，水下无人航行器上浮至水面并进行示位、回收，完成组合导航。
[0025]在进一步的实施方案中，所述根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计的步骤包括：
[0026]采集组合导航系统输出的组合导航信息；其中，所述组合导航信息包括光纤惯性导航系统输出的角速度信息和加速度信息、水声定位系统输出的位置信息、多普勒测速仪输出的速度信息、深度计输出的深度信息；
[0027]基于线性卡尔曼模型，利用组合导航信息对光纤惯性导航系统进行水下校准；
[0028]利用组合导航信息进行组合导航解算，并对组合导航系统误差进行修正，得到导航参数最优估计；其中，所述导航参数最优估计包括光纤惯性导航系统的实时速度、位置以及姿态。
[0029]在进一步的实施方案中，在利用组合导航信息对光纤惯性导航系统进行水下校准时，组合导航系统的状态空间模型为：
[0030][0031]其中，
[0032][0033][0034]式中，X
k
表示k时刻组合导航系统的n维状态向量；Φ
k，k
‑1表示从(k
‑
1)时刻到k时刻的状态转移矩阵；Γ
k，k
‑1表示从(k
‑
1)时刻到k时刻的噪声分配矩阵；W
k
‑1表示系统噪声向量；Z
k
表示k时刻的观测向量；H
k
表示k时刻的观测矩阵；V
k
表示k时刻的观测噪声向量；λ
UAPS
表示水声定位系统输出的经度；L
UAPS
表示水声定位系统输出的纬度；h
DG
表示深度计输出的深度信息；λ
INS
表示光纤惯性导航系统输出的经度；L
INS
表示光纤惯性导航系统输出的纬度；h
INS
表示光纤惯性导航系统输出的深度信息。
[0035]在进一步的实施方案中，所述光纤惯性导航系统包括三轴光纤陀螺组合、石英挠性加速度计、I/F转换电流、直流电源、导航计算机和导航软件；
[0036]其中，导航计算机包括FPGA、DSP、ARM和电源模块，所述导航计算机用于通过两路RS422接口定时采集卫星定位装置输出的位置信息和多普勒测速仪输出的速度信息；
[0037]所述FPGA用于通过两路I/O隔离信号线和一路RS422接口接收光纤惯性导航系统和温度传感器输出的数字量信号，并触发DSP外部中断；
[0038]所述DSP用于读取并利用FPGA采集的数字量信号进行导航解算，将解算后的导航参数最优估计通过中断方式返回至FPGA。
[0039]第二方面，本专利技术提供了一种深海水下无人航行器惯导系统，所述系统包括：
[0040]系统自检模块，用于对组合导航系统进行自检，并在自检通过后，布放水下无人航行器；
[0041]初始对准模块，用于利用卫星定位装置输出的位置信息开始初始对准，并检测光纤惯性导航系统是否接收到标定指令，若未接收到标定指令，则在光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，应用安装在水下无人航行器上的组合导航系统，所述组合导航系统包括光纤惯性导航系统、卫星定位装置、多普勒测速仪和深度计，所述卫星定位装置包括卫星定位接收机和水声定位系统，所述方法包括以下步骤：对组合导航系统进行自检，并在自检通过后，布放水下无人航行器；利用卫星定位装置输出的位置信息开始初始对准，并检测光纤惯性导航系统是否接收到标定指令，若未接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，进入仅执行任务工况，完成组合导航；若接收到标定指令，则在光纤惯性导航系统初始对准成功后，判断水下无人航行器是否需要执行任务，若需要执行任务，则进入标定与执行任务工况，完成组合导航；否则进入仅标定工况；在结束导航使命任务后，获取导航参数最优估计。2.如权利要求1所述的一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，所述仅执行任务工况包括：接收卫星定位接收机的位置信息，并控制水下无人航行器到达预设下潜点；利用卫星定位接收机的位置信息进行下潜点水面校准，在下潜点水面校准完成后，控制水下无人航行器开始下潜；根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计；在完成导航使命任务时，水下无人航行器上浮至水面并进行示位、回收，完成组合导航。3.如权利要求1所述的一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，所述仅标定工况包括：利用卫星定位装置输出的位置信息和多普勒测速仪输出的速度信息对光纤惯性导航系统进行标定，并对光纤惯性导航系统进行水面二次对准；在标定完成后，回收水下无人航行器。4.如权利要求1所述的一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，所述标定与执行任务工况包括：利用卫星定位装置输出的位置信息和多普勒测速仪输出的速度信息对光纤惯性导航系统进行标定，并在标定完成后，对光纤惯性导航系统进行水面二次对准；在二次对准结束后，接收卫星定位接收机的位置信息，并控制水下无人航行器到达预设下潜点；利用卫星定位接收机的位置信息进行下潜点水面校准，在下潜点水面校准完成后，控制水下无人航行器开始下潜；根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计；在完成导航使命任务时，水下无人航行器上浮至水面并进行示位、回收，完成组合导航。5.如权利要求2或4所述的一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，所述根据卫星定位装置的位置信息进行组合导航解算，以获取导航参数最优估计的步骤包括：采集组合导航系统输出的组合导航信息；其中，所述组合导航信息包括光纤惯性导航系统输出的角速度信息和加速度信息、水声定位系统输出的位置信息、多普勒测速仪输出
的速度信息、深度计输出的深度信息；基于线性卡尔曼模型，利用组合导航信息对光纤惯性导航系统进行水下校准；利用组合导航信息进行组合导航解算，并对组合导航系统误差进行修正，得到导航参数最优估计；其中，所述导航参数最优估计包括光纤惯性导航系统的实时速度、位置以及姿态。6.如权利要求5所述的一种深海水下无人航行器惯导方法，其特征在于，在利用组合导航信息对光纤惯性导航系统进行水下校...

【专利技术属性】
技术研发人员：张淏酥，苗建明，王涛，任磊，龚喜，蔡华阳，彭超，郭志群，陈顺华，徐灵基，郑若晗，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：