基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法及系统技术方案

本发明专利技术属于导航定位相关技术领域，本发明专利技术提出了基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法及系统，包括：建立包含声速误差在内的水下运载体的预测模型，以及基于声学双程传播距离的观测模型；利用扩展卡尔曼滤波算法将所述预测模型以及观测模型中的相关参数作为滤波变量进行预测，基于水下运载体当前声学量测信息对扩展卡尔曼滤波算法的预测值进行更新，得到水下运载体当前状态的最优状态向量和最优方差协方差；根据当前状态的最优状态向量和最优方差协方差，得到组合导航定位结果，从而减小了组合导航的定位误差，提高了定位精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法及系统


[0001]本专利技术属于导航定位相关
，尤其涉及基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]水下多传感器组合导航中，惯性导航系统通过感知载体的平移和转动，由陀螺仪和加速度计测量载体的角速率和加速度，并通过航位推算方法获得载体的姿态、速度、位置、角速度和加速度等导航信息。惯性导航系统具有完全独立自主、导航信息丰富、高采样率和不受环境干扰等优势，但受其导航原理的限制，导航误差随时间不断积累变大，需要绝对定位系统对其进行校正。声学导航定位系统通过测量换能器至应答器的声波传播时间，并结合声速剖面信息获得两者之间的斜距，然后通过距离交会得到水下运载体的绝对位置坐标。声学导航定位系统能够获得高精度的绝对位置信息，但受声波传播速度的限制使得采样率低并易受到海洋环境的影响。多普勒计程仪可以提供较为准确的速度信息，磁力计输出航向信息，深度计能够提供高采样率的深度约束信息。这些传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，包括：建立包含声速误差在内的水下运载体的预测模型，以及基于声学双程传播距离的观测模型；利用扩展卡尔曼滤波算法将所述预测模型以及观测模型中的相关参数作为滤波变量进行预测更新，以获得水下运载体的状态一步预测值和状态一步预测协方差；获取水下运载体当前声学量测信息，并利用扩展卡尔曼滤波算法根据所述当前声学量测信息对所述状态一步预测值和所述状态一步预测协方差进行更新，得到水下运载体当前状态的最优状态向量和最优方差协方差；根据当前状态的最优状态向量和最优方差协方差，得到组合导航定位结果。2.如权利要求1所述的基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，根据水下运载体的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺零偏、加速度零偏以及声速误差建立水下运载体的状态向量；基于水下运载体的状态向量的微分形式得到水下运载体的预测模型，将水下运载体的预测模型中的连续型状态转移矩阵离散化得到离散化的状态转移矩阵。3.如权利要求1所述的基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，基于量测矩阵和状态向量的乘积与量测噪声向量之和，得到声学双程传播距离的观测模型的量测向量。4.如权利要求3所述的基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，所述量测矩阵根据大地坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵、水下运载体坐标系到导航坐标系的方向余弦矩阵、惯导到声学换能器的杆臂在导航坐标系中的投影向量、声波双程传播时间和声学双程误差方程的雅可比矩阵所建立。5.如权利要求4所述的基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，所述声学双程误差方程的雅可比矩阵根据水下运载体声学信号发射时刻坐标、水下运载体声学信号接收时刻坐标、海底基准点坐标、水下运载体发射信号到应答器接收信号的传播距离、应答器发射应答信号到水下运载体再接收应答信号的传播距离所建立。6.如权利要求1所述的基于自适应滤波和最优平滑的水下组合导航方法，其特征在于，还包括基于条件约束的自适应滤波对水声观测值噪声进行自适应调节，具体为：根据两个时刻声学换能器坐标和海底应答器计算预测发射距离和预测接收距离，进而得到预测双...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐天河，刘杨范，江楠，王君婷，舒建旭，杨文龙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：