[發明專利]一種用于水下無人航行器在極區導航的初始精對準方法

在審

• 申請號: 201711173655.9
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107957271A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 嚴浙平;王璐;周佳加;陳濤;滕延斌;徐達;魏世琳
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于水下無人航行器導航的初始對準方法領域，尤其涉及在極區環境下，基于粗對準算法的結果，即小失準角的前提下的初始精對準的方法。

背景技術

水下無人航行器是重要的水下智能裝備，具有自主性、隱蔽性、智能性等優點。在海洋資源探索、失事飛機搜尋、水下管道檢測等方面發揮著重要的作用。由于不需要人類在航行器中進行操作，水下無人航行器可以在較為惡劣的情況下工作。如極區，惡劣的自然環境和導航環境為人類探索極區帶來了困難。由于具有極高的自主性和隱蔽性，捷聯慣導系統廣泛用于水下無人航行器導航過程中，特別是傳統的指北方位力學編排算法。但是，指北方位捷聯慣導系統在極區應用過程中會存在導航誤差放大和計算溢出等問題，因而在水下無人航行器的極區導航初始對準和極區導航過程中無法應用。傳統的水下無人航行器導航初始精對準算法在極區應用時存在問題，因而水下無人航行器在極區導航時，需要一種新的初始精對準方法實現水下無人航行器高精度的初始精對準。

黃德鳴等人在《慣性導航系統》(國防工業出版社，1978年出版)書中曾簡要提到過格網坐標系的概念，但并未針對此坐標系設計導航算法。周琪等人在《極區飛行格網慣性導航算法原理》(發表于期刊《西北工業大學學報》，2013年，第31卷，02期)文章中，提出了一種適用于大飛機的飛行格網導航算法，可以幫助大飛機成功完成極區飛行任務，但是水下無人航行器的特點和導航需求與大飛機截然不同，且并未提及極區導航的前提相關算法，即極區初始精對準。因而該算法無法直接應用于水下無人航行器在極區航行過程中的初始精對準。由于地理經線在極點附近快速收斂，使得傳統導航精對準在極區應用時存在計算溢出和誤差放大等問題，因而傳統的用于水下無人航行器非極區導航精對準算法在極區無法應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于水下無人航行器在極區導航的初始精對準方法，解決水下無人航行器的傳統導航精對準方法在極區無法應用的問題。

步驟一：完成極區粗對準，得到水下無人航行器極區導航粗對準結果；

步驟二：輸入水下無人航行器精對準時間t、濾波周期T，計算濾波總次數N，并令初始濾波次數K為0；

步驟三：濾波次數K加1；

步驟四：水下無人航行器利用自身攜帶的慣性導航系統，建立格網坐標系下慣性導航系統的力學編排模式，建立水下無人航行器格網力學編排下的狀態方程；

步驟五：選擇精對準的觀測校正形式，量測量選為：

量測方程為：

其中，為Z的導數；H為量測矩陣；V為量測噪聲，且為高斯白噪聲，

H＝[0_3×3 I_3×3 0_3×3 0_3×3 0_3×3]^T；

步驟六：根據設計得到的水下無人航行器在極區導航的初始精對準算法的狀態量、狀態方程、量測量、量測方程，進行卡爾曼濾波估計融合，從而得到水下無人航行器在極區導航的初始精對準結果；

步驟七：判斷當前濾波次數K是否大于等于總濾波次數N：當不滿足K≥N時，則跳轉至步驟二重復執行；當滿足K≥N時，則水下無人航行器極區初始精對準過程結束。

本發明建立水下無人航行器格網力學編排下的狀態方程過程為：

選擇水下無人航行器姿態誤差、速度誤差、位置誤差、陀螺漂移、加速度計漂移為狀態變量，即：

其中，φ^G為水下無人航行器在格網坐標系下的姿態誤差；δV^G為水下無人航行器在格網坐標系下的速度誤差；δR^e為水下無人航行器在格網坐標系下的位置誤差；ε^b為陀螺漂移；為加速度計漂移；

結合水下無人航行器格網導航力學編排和誤差方程推導，得到水下無人航行器極區組合導航系統狀態方程為：