[發明專利]一種用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位系統及方法

在審

• 申請號: 201910310907.0
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110044378A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 黃浩乾;伍光勝;李林敏;周軍;劉志強;張睿
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 呂朦

1.一種用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)水下深潛器入水前，對捷聯慣性導航系統用卡爾曼濾波進行初始對準；

(2)水下深潛器入水后，捷聯慣性導航接收模塊中的光纖陀螺儀測量載體初始角速率，并利用動態Allan方差方法對載體初始角速率進行修正；捷聯慣性導航接收模塊中的加速度計、磁力計輸出載體初始位置、速度信息；

多普勒計程儀、地形地磁傳感器輸出載體的速度、位置、姿態信息；

(3)不斷調節引起光纖陀螺儀輸出數據改變的參數，分析不同參數下光纖陀螺儀輸出載體角速率的穩定性，并判斷動態Allan方差方法校正后的穩定程度，同時分析出使光纖陀螺儀輸出數據穩定的參數，從而調節出準確的角速率，計算載體的姿態信息；

(4)將捷聯慣性導航接收模塊輸出的載體初始速度、位置及姿態信息通過導航解算模塊得到解算后的載體速度、位置、姿態信息；

(5)將步驟(4)解算后的載體速度、位置、姿態信息與多普勒測速模塊、地形地磁傳感器輸出的載體速度、位置、姿態信息，輸入到信息融合濾波模塊中，根據數據類型相同、數據特征相同的準則對兩部分數據進行篩選，通過卡爾曼濾波技術與神經網絡技術進行濾波校正、誤差處理得到準確的導航信息。

2.根據權利要求1所述的用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位方法，其特征在于，步驟(2)中，動態Allan方差方法為已知光纖陀螺儀受外界溫度的影響，通過動態Allan方差和時頻域分解方法對光纖陀螺儀輸出角速率進行補償并處理，從而得到高精度的姿態信息。

3.根據權利要求1所述的用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位方法，其特征在于，步驟(3)中，光纖陀螺儀輸出角速率計算載體的姿態信息，具體過程如下：

利用公式

(1)式中：q_i為規范化后的四元數。

由描述旋轉剛體姿態矩陣的四元數法，易得載體姿態矩陣表示為

假設載體的方位角為ψ，俯仰角為θ，傾斜角為γ，則由旋轉關系對應的坐標變換陣得到相應的姿態矩陣為

從而計算姿態角得：

4.根據權利要求1所述的用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位方法，其特征在于，步驟(1)中，利用全球定位系統模塊確定載體速度、位置和姿態信息。

5.一種用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位系統，其特征在于，包括全球定位系統模塊、捷聯慣性導航接收模塊、多普勒計程儀、地形地磁傳感器、信息融合濾波模塊、導航解算模塊，所述全球定位系統模塊用于在載體入水前確定載體速度、位置及姿態信息；捷聯慣性導航接收模塊用于在載體入水后測量載體速度、位置及姿態信息；多普勒計程儀用于測量載體速度，地形地磁傳感器用于測量載體的位置、姿態信息；信息融合濾波模塊用于對捷聯慣性導航接收模塊輸出的載體速度、位置及姿態信息與多普勒計程儀、地形地磁傳感器輸出的載體速度、位置及姿態信息通過卡爾曼濾波技術與神經網絡技術進行融合、濾波校正；導航解算模塊用于將捷聯慣性導航接收模塊輸出的數據和融合校正處理后的數據進行解算處理，得到準確的導航速度、位置、姿態信息。

6.根據權利要求5所述的用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位系統，其特征在于，所述捷聯慣性導航接收模塊包括光纖陀螺儀、加速度計、磁力計，光纖陀螺儀用于測量載體角速率，加速度計、磁力計用于測量載體的位置、速度信息。

7.根據權利要求1所述的用于水下深潛器的光纖捷聯慣性導航高精度定位系統，其特征在于，步驟(3)中，引起光纖陀螺儀輸出數據改變的參數包括環境溫度、外界壓力、載體振動幅度。