[發(fā)明專利]基于單應(yīng)答器的水下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810475573.8
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108759864A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許江寧;吳苗;朱兵;李方能;郭士犖;覃方君;何泓洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

本發(fā)明公開了一種基于單應(yīng)答器的水下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準方法，其過程為：根據(jù)單應(yīng)答器和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航參數(shù)進行導(dǎo)航機械編排，確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)量和觀測量，建立大失準角條件下的卡爾曼濾波模型，由卡爾曼濾波模型得到導(dǎo)航坐標系下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的x軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角；將得到的x軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角引入到捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準中，完成捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在水下的初始對準。本發(fā)明在水下環(huán)境中能夠為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)提供較高的初始對準精度，提高了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在水下環(huán)境中工作的有效性和靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下定位、導(dǎo)航領(lǐng)域的慣導(dǎo)系統(tǒng)初始姿態(tài)確定技術(shù)，具體 涉及一種基于單應(yīng)答器的水下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準方法。

背景技術(shù)

隨著人類對海洋的探索愈加深入，自主式水下航行器(AUV)、潛器等 水下運載體在海洋保護、海洋開發(fā)及軍事等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價值，如 海底資源探測、科學(xué)數(shù)據(jù)搜集、水下搜索、管道鋪設(shè)、海底作業(yè)、執(zhí)行軍 事任務(wù)等。初始對準問題是水下航行器面臨的主要挑戰(zhàn)之一，它是保證水 下航行器有效工作的重要前提。應(yīng)答器是水下定位導(dǎo)航系統(tǒng)必不可少的組 成部分，它主要發(fā)送應(yīng)答聲信號，提供距離位置信息，多普勒計程儀主要 提供航行器的速度信息。

傳統(tǒng)水下捷聯(lián)慣導(dǎo)定位系統(tǒng)采用多個應(yīng)答器組成的應(yīng)答器陣來實現(xiàn)水 下定位，定位功能分為同步工作方式和異步工作方式。同步工作方式解算 至少需要3個應(yīng)答器，異步工作方式解算至少需要4個應(yīng)答器。水下應(yīng)答 器屬于消耗性產(chǎn)品，往往會出現(xiàn)投入成本高(投入多個應(yīng)答器)，預(yù)期效益 差的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述背景技術(shù)存在的不足，提供一種成本 低、對準精度高的基于單應(yīng)答器的水下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于單應(yīng)答器的水下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初 始對準方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)單應(yīng)答器和捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航參數(shù)進行導(dǎo)航機械編 排，確定捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)量和觀測量；

步驟2，根據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的狀態(tài)變量和觀測量，建立大失準角條件下 的卡爾曼濾波模型，由卡爾曼濾波模型得到導(dǎo)航坐標系下捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的x 軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角；

步驟3，將得到的x軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角引入到捷聯(lián)慣導(dǎo) 系統(tǒng)初始對準中，完成捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在水下的初始對準。

進一步地，所述的機械編排為

式中，α＝[α_xα_yα_z]^T為x軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角；L為地球緯度； δL、δλ分別為地球緯度誤差、經(jīng)度誤差；分別為東向和北向速度； 分別為東向和北向速度誤差；為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的速度；δvⁿ為捷 聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的速度誤差；δgⁿ為地球自轉(zhuǎn)重力在導(dǎo)航坐標系的誤差；為加 速度計輸出的比力；為導(dǎo)航坐標系與計算坐標系系的轉(zhuǎn)換矩陣；為計 算得到的姿態(tài)陣；為n系相對于慣性系i系的轉(zhuǎn)動角速度在n系上的投影；為地球自轉(zhuǎn)角速度在n系上的投影；為角速度誤差；ε^b為 陀螺儀的漂移；為加速度計的零偏；分別為地球的短軸、長 軸和深度；δR_M、δR_N、δh分別為地球的短軸誤差、長軸誤差和深度誤差；

進一步地，

系統(tǒng)的狀態(tài)量X為：

式中，α_x、α_y、α_z分別為x軸、y軸和z軸的歐拉平臺誤差角；

δL、δλ分別為地球緯度誤差、經(jīng)度誤差；

δv_E、δv_N分別為東向和北向速度誤差；