[發明專利]多介質復雜環境下高精度視覺/慣性組合導航方法

有效

• 申請號: 201510047368.8
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104833352A
• 公開（公告）日: 2015-08-12
• 發明（設計）人: 羅建軍;張朝飛;朱戰霞;袁建平;龔柏春;朱蕊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種多介質復雜環境下高精度視覺/慣性組合導航裝置，適用于透明介質內復雜電磁環境中水下航行器的組合導航，其特征在于：包括水下航行器，該水下航行器放置在透明介質的容器內，該容器底部放置有電磁鐵陣列，水下航行器的四周均安裝有一個推進器，在其中的一個推進器前端安裝有用于抓取的對接機構，所述水下航行器的正下方安裝有一個永磁體，用以調節水下航行器實現中性浮力水平；所述水下航行器內裝有慣性導航系統，該慣性導航系統內設置有慣性測量單元，所述慣性導航系統通過光纖完成數據和指令的傳輸；在所述透明介質的外圍設置有視覺導航系統，該視覺導航系統包括有雙目CCD相機。

2.一種基于權利要求1所述裝置的多介質復雜環境下高精度視覺/慣性組合導航方法，其特征在于：組合導航方法利用水下航行器模擬空間微重力環境中飛船衛星的交會對接，為空間交會對接提供重要的測量數據和試驗驗證；整個實驗系統在地面進行，通過水的浮力，地面電磁場的方向和磁場強度的調整，使得水下航行器處于中性浮力水平，從而滿足天地一致性的等效試驗條件。

3.根據權利要求2所述的一種多介質復雜環境下高精度視覺/慣性組合導航方法，其特征在于：具體包括以下步驟：

(1)采用雙目CCD相機對水下航行器進行圖像采集，實現水下航行器位置的測量；

(2)建立電磁場強度與慣性測量單元中陀螺測得的角增量之間的關系；建立電磁場強度與慣性測量單元中加速度計測得的速度增量之間的關系；

(3)根據實時測量的電磁場強度對陀螺和加速度計的測量數據進行補償；

(4)對視覺導航系統的狀態進行判斷，若發生異常，則對視覺導航系統得到的位置信息進行隔離，若正常，則對信息進行處理并將時鐘信息傳遞給慣性導航系統；

(5)對慣性導航系統的狀態進行判斷，若異常，則對慣性導航系統得到的數據進行隔離，若正常，則根據視覺導航系統的時標信息對慣性導航系統進行時間同步和數據擬合；

(6)慣性導航系統根據步驟(5)數據擬合的結果進行自適應周期的導航解算，輸出水下航行器相對于當地地理坐標系下的姿態、速度、位置和加速度信息；

(7)視覺導航系統根據步驟(4)的結果輸出水下航行器相對于視覺坐標系的位置信息；

(8)若視覺導航系統和慣性導航系統的工作狀態均正常，則將慣性導航系統和視覺導航系統的結果統一到導航坐標系，然后轉入步驟(9)進行組合導航模式；

(9)根據慣性導航系統的姿態誤差角方程、速度誤差方程、位置誤差方程、陀螺和加速度計誤差模型以及視覺導航系統的位置誤差方程建立組合導航卡爾曼濾波器的狀態方程，根據慣性導航系統與視覺導航系統的位置差建立組合導航系統卡爾曼濾波器的量測方程，根據導航時間選擇輸出校正或反饋校正的組合導航方式。

4.根據權利要求3所述的一種多介質復雜環境下高精度視覺/慣性組合導航方法，其特征在于：所述步驟(1)的具體方法為：

(1.1)對雙目CCD相機進行標定，建立左右兩個相機的位置關系，建立視覺導航系統坐標系；

(1.2)采用雙目CCD相機對水下航行器進行圖像采集；

(1.3)根據光線在空氣、透明介質、水中的折射率建立折射光線路徑方程。