【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于潜航器，具体涉及一种基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法及系统。
技术介绍
1、目前，捷联惯性导航系统(strap-down inertial navigation system,sins)与多普勒计程仪(doppler velocity log,dvl)相结合的组合导航是水下潜航器实现深远海导航的主要方式，具有高精度、完全独立性、自主性、隐蔽性等优点。潜航器上的dvl测速精度受机动、洋流波动和海底环境影响，且dvl属于主动声呐，dvl工作时，容易被反潜声呐探测到，为避免潜航器被反潜声呐探测到，在途径声呐陈列的海域，需关闭dvl。
2、传统方法并未考虑到潜航器任务时dvl关机的任务场景，传统dvl精度检测判据，即残差卡方窗口检测，能够快速判断出dvl测速精度变差，但其是阈值点判据，当dvl噪声是振荡噪声时，检测值在阈值附近波动，容易导致阻尼频繁切换。
3、以外阻尼和无阻尼之间的切换为例，阻尼判据的解算值到达阈值后由外阻尼切换至无阻尼，低于另一个阈值后又切换回外阻尼，当判据解算值在这两者之间波动时，会引起较大的超调振荡。传统的方法只有内阻尼与无阻尼的切换或者外阻尼与无阻尼的切换，并未考虑到外阻尼、内阻尼和无阻尼三者之间的切换。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法及系统，不仅考虑了dvl测速精度，并且考虑了部分航行区域dvl需要关闭的情况，根据潜航器的机动状态和dvl测速精度来确定外阻尼、内阻尼和
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，包括：
3、通过卡尔曼滤波估计所述潜航器的dvl测速精度，判断所述潜航器的dvl测速精度是否达到第一预设阈值，a)若所述潜航器的dvl测速精度达到第一预设阈值，使所述潜航器工作在外阻尼状态；b)若所述潜航器的dvl测速精度未达到第一预设阈值，则由第二预设值判断系统工作在内阻尼还是无阻尼状态；
4、当所述潜航器的dvl测速精度的解算值在所述第一预设阈值附近波动时，引入模糊控制器，通过引入的所述模糊控制器将所述潜航器的dvl测速精度的解算值转化成模糊量，利用转化的模糊量对所述潜航器进行阻尼状态切换控制；
5、获取潜航器的加速度，判断所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值是否达到第二预设阈值，c)若所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值达到第一预设阈值，使所述潜航器工作在无阻尼状态；d)若所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值未达到第二预设阈值，使所述潜航器工作在内阻尼状态。
6、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法优选方案，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
7、
8、式中，w为窗口宽度，t代表当前时刻，a(τ)表示载体的瞬时加速度，δvth为第一预设阈值。
9、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法优选方案，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
10、|vc(t)-vc(t-w)|≥δvth
11、式中，w为窗口宽度，t代表当前时刻，vc(t)为t时刻惯导系统的速度解算值，vc(t-w)为t-w时刻惯导系统的速度解算值；δvth为第一预设阈值。
12、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法优选方案，通过卡尔曼滤波估计所述潜航器的dvl测速精度过程中，采用残差χ2故障检验法检测系统dvl测速精度是否异常，在卡尔曼滤波器中，定义新息rk为：
13、
14、新息rk的方差为：
15、
16、式中，zk为量测量，hk为量测矩阵，为的预测值，pk,k-1为状态预测协方差矩阵，rk是量测噪声协方差矩阵；ak为协方差；
17、对新息rk进行二元假设：
18、
19、e{(rk-μ)(rk-μ)t}＝ak有故障
20、新息rk的故障统计量为：
21、
22、式中，λk为服从自由度为n的χ2分布，即λk～χ2(n)，n为量测量的维数；
23、故障判定准则为：如果则潜航器和量测量没有故障；如果则潜航器和量测量出现故障，是检测门限。
24、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法优选方案，所述潜航器的dvl测速精度的解算值为的卡方检测解算值；将卡方检测解算值作为所述模糊控制器的输入变量；
25、所述模糊控制器的输出变量为系统工作状态s、m和l；
26、s表示dvl测速精度高于预设精度值；
27、m表示阻尼判据解算值在阈值附近来回振荡，潜航器保持当前的测速精度；
28、l表示dvl测速精度低于预设值。
29、本专利技术还提供一种基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，包括：
30、第一分析模块，用于通过卡尔曼滤波估计所述潜航器的dvl测速精度，判断所述潜航器的dvl测速精度是否达到第一预设阈值，a)若所述潜航器的dvl测速精度达到第一预设阈值，使所述潜航器工作在外阻尼状态；b)若所述潜航器的dvl测速精度未达到第一预设阈值，则由第二预设值判断系统工作在内阻尼还是无阻尼状态；
31、模糊控制模块，用于当所述潜航器的dvl测速精度的解算值在所述第一预设阈值附近波动时，引入模糊控制器，通过引入的所述模糊控制器将所述潜航器的dvl测速精度的解算值转化成模糊量，利用转化的模糊量对所述潜航器进行阻尼状态切换控制；
32、第二分析模块，用于获取潜航器的加速度，判断所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值是否达到第二预设阈值，c)若所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值达到第二预设阈值，使所述潜航器工作在无阻尼状态；d)若所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值未达到第二预设阈值，使所述潜航器工作在内阻尼状态。
33、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统优选方案，所述第一分析模块中，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
34、
35、式中，w为窗口宽度，t代表当前时刻，a(τ)表示载体的瞬时加速度，δvth为第一预设阈值。
36、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统优选方案，所述第一分析模块中，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
37、|vc(t)-vc(t-w)|≥δvth
38、式中，w为窗口宽度，t代表当前时刻，vc(t)为t时刻惯导系统的速度解算值，vc(t-w)为t-w时刻惯导系统的速度解算值；δvth为第一预设阈值。
39、作为基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统优选方案，所述第二分析模块中，采用残差χ2故障检验法检测系统dvl测速精度是否本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
3.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，通过卡尔曼滤波估计所述潜航器的DVL测速精度过程中，采用残差χ2故障检验法检测系统DVL测速精度是否异常，在卡尔曼滤波器中，定义新息rk为：
4.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
5.根据权利要求3所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，所述潜航器的DVL测速精度的解算值为的卡方检测解算值；将卡方检测解算值作为所述模糊控制器的输入变量；
6.基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，其特征在于，所述第二分析模块中，得到所述潜航器的加速度在
8.根据权利要求6所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，其特征在于，所述第二分析模块中，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
9.根据权利要求6所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，其特征在于，所述第一分析模块中，采用残差χ2故障检验法检测系统DVL测速精度是否异常，在卡尔曼滤波器中，定义新息rk为：
10.根据权利要求9所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换系统，其特征在于，所述模糊控制模块中，所述潜航器的DVL测速精度的解算值为的卡方检测解算值；将卡方检测解算值作为所述模糊控制器的输入变量；
...【技术特征摘要】
1.基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
3.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，通过卡尔曼滤波估计所述潜航器的dvl测速精度过程中，采用残差χ2故障检验法检测系统dvl测速精度是否异常，在卡尔曼滤波器中，定义新息rk为：
4.根据权利要求1所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，得到所述潜航器的加速度在指定时间段内的积分值的公式为：
5.根据权利要求3所述的基于任务剖面的法向量位置模型阻尼切换方法，其特征在于，所述潜航器的dvl测速精度的解算值为的卡方检测解算值；将卡方检测解算值作为所述模糊控制器的输入变量；
6.基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯国虎，曾观林，吴文启，王昕玺，
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：
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