[發(fā)明專利]一種深海水下自主航行器導(dǎo)航定位及校準(zhǔn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811581331.3
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109782323B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向偉;胡慶玉;馮朝;雷敏;席曉犇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司第七一0研究所
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47;G01S15/88;G01C21/16
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;付雷杰

本發(fā)明公開了一種深海水下自主航行器導(dǎo)航定位及校準(zhǔn)方法，作業(yè)母船通過搭載在水下自主航行器上的水聲定位系統(tǒng)獲取水下自主航行器的準(zhǔn)確位置信息，基于該信息生成水下自主航行器的有源校準(zhǔn)信息，并發(fā)送給水下自主航行器用于導(dǎo)航信息的校準(zhǔn)，從而解決了深海水下自主航行器作業(yè)過程中無法上浮至水面利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種深海水下自主航行器導(dǎo)航定位及校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

當(dāng)水下自主航行器(AUV)在水下執(zhí)行任務(wù)時，大部分時間均處于自主航行狀態(tài)。在自主航行狀態(tài)下，水下自主航行器(AUV)的控制完全交由其控制系統(tǒng)接管，控制其位置、航向、姿態(tài)和速度等狀態(tài)，因此，水下自主航行器(AUV)?必須能夠?qū)崟r感知和測算出自身當(dāng)前位置、航向、姿態(tài)和速度等信息。

由于衛(wèi)星信號無法跨越空氣和海水兩種介質(zhì)可靠傳輸，水下自主航行器?(AUV)在水下航行過程中無法獲取衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)。因此，對于淺海水域作業(yè)水下自主航行器(AUV)，通常采用由搭載于水下自主航行器(AUV)上的INS?(Inertial?Navigation?System，慣性導(dǎo)航裝置)/聲波計程儀組合導(dǎo)航系統(tǒng)實時推算水下自主航行器(AUV)當(dāng)前位置、航向、姿態(tài)和速度等導(dǎo)航定位信息；當(dāng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)累積誤差較大時，通常采用利用水下自主航行器(AUV)水面航行或上浮至水面的時機(jī)，接收衛(wèi)星定位位置數(shù)據(jù)對組合導(dǎo)航裝置進(jìn)行位置校準(zhǔn)以修正導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的方法。

采用INS/聲波計程儀組合導(dǎo)航方式的優(yōu)點是不用依賴外界信息，但是，如果長時間沒有外部信息進(jìn)行校準(zhǔn)，INS的自轉(zhuǎn)軸漂移仍然會帶來較大的定位誤差，因此需要每隔一段時間利用外部定位信息對導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)才能抑制INS的定位誤差的增大，使得定位精度可以保持在一個較高的水平。對于深海(通常認(rèn)為1000米以深海域為深海)水下自主航行器(AUV)，由于其水下航行深度大，基于作業(yè)和能源利用效率等因素考慮，通常無法實現(xiàn)令水下自主航行器(AUV)上浮至水面利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)對組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行有源校準(zhǔn)的操作。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種深海水下自主航行器導(dǎo)航定位及校準(zhǔn)方法，作業(yè)母船通過搭載在水下自主航行器上的水聲定位系統(tǒng)獲取水下自主航行器的準(zhǔn)確位置信息，基于該信息生成水下自主航行器的有源校準(zhǔn)信息，并發(fā)送給水下自主航行器用于導(dǎo)航信息的校準(zhǔn)，從而解決了深海水下自主航行器作業(yè)過程中無法上浮至水面利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的問題。

本發(fā)明提供了一種深海水下自主航行器導(dǎo)航定位及校準(zhǔn)方法，所述深海水下自主航行器中搭載水聲定位系統(tǒng)水下單元，在作業(yè)母船中部署水聲定位系統(tǒng)水上單元，所述深海水下自主航行器的定位及校準(zhǔn)過程包括如下步驟：

步驟1、深海水下自主航行器在船載或水面漂泊狀態(tài)下，對其組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行初始對準(zhǔn)，并利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)對組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行位置有源校準(zhǔn)；

步驟2、所述水上單元對深海水下自主航行器進(jìn)行水聲定位，獲取深海水下自主航行器與所述作業(yè)母船的相對位置、獲得相對位置對應(yīng)的UTC時間以及其與所述作業(yè)母船的距離；根據(jù)所述距離，基于水聲信號傳輸延時修正所述UTC?時間；作業(yè)母船根據(jù)所述相對位置，并基于自身的經(jīng)緯度信息解算出深海水下自主航行器的定位信息，所述定位信息為深海水下自主航行器的經(jīng)緯度；作業(yè)母船將計算得到的定位信息及修正后的對應(yīng)UTC時間作為有源校準(zhǔn)信息下發(fā)至深海水下自主航行器組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)；

步驟3、深海水下自主航行器組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)利用步驟2中收到的定位信息及對應(yīng)UTC時間對自身位置信息進(jìn)行位置回溯校準(zhǔn)，并對自身導(dǎo)航定位解算中用到的參數(shù)進(jìn)行反饋校正。

進(jìn)一步地，所述步驟2中所述修正為：

所述水聲定位系統(tǒng)水上單元利用溫度、鹽度、聲速測量傳感器獲取作業(yè)海域的聲速v；深海水下自主航行器位于點處時的UTC時間為其中t₀為獲得相對位置的UTC時間，為深海水下自主航行器位置的經(jīng)、緯度信息。