[發明專利]水下地形匹配輔助慣性導航定位方法及其定位系統

有效

• 申請號: 201710548124.7
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107314768B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 何林幫;邱振戈;楊彬
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 劉粉寶

本發明公開了水下地形匹配輔助慣性導航定位方法及其定位系統，主要包括以下步驟：(1)提出閉環運用卡爾曼濾波最優估計、開環運用速度回溯進行誤差補償；(2)提出顧及水下潛航器姿態角的精確三維聲線跟蹤模型，并給出波束腳印內采樣點的提取方法；(3)提出基于水深約束和分形維理論Delauney三角網建立水下數字地形模型方法；(4)提出基于灰色決策理論的水下地形適配區評價方法；(5)提出基于自適應高斯和濾波的水下地形匹配輔助導航方法。本發明運用了閉環和開環的誤差補償方法，較大地削弱了慣導系統的累積誤差，并通過構建高精度高分辨率的水下數字地形模型和提出自適應高斯和濾波算法，極大地提高了水下潛航器導航定位的精度。

技術領域

本發明涉及水下地形匹配輔助慣性導航技術，特別涉及水下地形匹配輔助慣性導航定位方法及其定位系統。

背景技術

海洋開發和利用海洋資源，尤其是開發海底礦物和油氣資源作為我國“海洋強國”戰略的一個非常重要組成部分，而水下地形匹配輔助慣導技術為海底資源的探測提供高精度的位置坐標，并具有隱蔽性，便于更高效地開發海底資源，在海洋經濟發展中扮演著不可或缺的基礎保障作用。隨著海洋產業的迅速發展，如在海底打撈、漁業資源開發、海底電纜鋪設、跨海大橋建設、海底礦物和油氣資源開發等方面，需要提供水下目標的精確坐標，便于更快捷、更高效地開發利用這些資源。同時，在軍事領域，潛艇在整個國防戰略中的地位也越來越重要，隨著艇載導彈發射精度和水下工程精密性要求的提高，水下潛航器自身對位置的精度要求也就越來越高，尤其是在長時間、遠距離、深海條件下航行時，如何獲取高精度的載體位置也成為水下潛航器最主要的性能指標之一。目前，慣性導航系統(InertialNavigation System，INS)的定位誤差隨時間推移而累積，無法滿足水下潛航器長時間隱蔽地在水下航行的高精度定位需求(Anonsen et al.,2007)，而海底地形體現出豐富的地形特征，可通過地形匹配輔助慣性導航系統消除長期累積的誤差，因此，基于多源數據的水下高精度組合導航技術研究迫在眉睫。

地形匹配導航研究已有30多年的歷史，作為INS的輔助手段，地形匹配在陸地范圍內應用于飛機和導彈上較多。而水下地形匹配輔助導航是在陸地地形匹配輔助導航的基礎上新發展起來的一項輔助INS進行水下導航的技術，可為AUV、ROV等水下潛航器提供導航定位服務(Zhang et al.,2012)。近幾十年來，隨著世界各國對海洋資源開發和海洋科學研究的力度不斷加大，以及海洋測量設備的不斷進步更新，地形匹配輔助慣性導航系統因其導航精度較高、無累積誤差且費效比低等優點，引起了國內外學者的廣泛關注。