[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

本發明公開了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，包括導航解算模塊、全球定位系統模塊、捷聯慣性導航接收模塊、多普勒測速模塊，信息融合濾波模塊。捷聯慣性導航接收模塊中的光纖陀螺儀、加速度計、磁力計輸出導航姿態、速度、位置初始信息，利用動態Allan方差方法對光纖陀螺儀輸出數據進行誤差處理校正，將處理后的數據通過導航解算模塊得到載體的速率、位置、姿態信息，最后通過信息融合濾波模塊將載體的速率信息進行融合、濾波誤差校正，實現水下深潛器的精準定位。本發明實現了高精度、高可靠性、強實時性的水下深潛器定位與導航，克服了傳統導航系統位置信息精確度的不足。

技術領域

本發明涉及水下深潛器的導航裝置領域，尤其涉及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。

背景技術

隨著電子計算機技術特別是微機技術的迅猛發展和現代控制理論的進步，從20世紀70年代開始，組合導航技術開始迅猛發展起來。早期的組合導航系統道常是由陀螺羅經或平臺羅經測得航向，由電磁計程儀或多普勒聲納測定航速進行推算艦位，并用羅蘭c或奧米加等對推算艦位進行校準，這樣就構成了組合導航系統，但這樣的導航系統滿足不了現在科技發達的導航精度，所以人們都在探索一種高精度的導航定位系統及方法。

捷聯慣性導航技術近年來成為國內國外的研究熱點，由于光纖陀螺精度的不斷提高和實際應用，為捷聯慣性導航技術的研究注入了新的活力。光纖陀螺捷聯慣導系統的優勢在于：一、用光纖陀螺代替了機械式陀螺，二、數學平臺代替了物理平臺。由于具有的一系列的優點，它將逐斷取代平臺式慣導系統，并且已經成為捷聯慣導系統主要發展趨勢。

由于捷聯慣性導航系統具有自主性、信息參數全面性、短時高精度等優點，但其受系統初始誤差(對準誤差)、慣性器件誤差等原因的影響，其位置誤差會隨時間積累而發散，長航時運行條件下將導致測量精度嚴重下降；全球衛星導航系統(GNSS)是一種高精度的全球實時衛星導航系統，其定位的全球性和高精度，使之成為一種先進的測量方式。但是GNSS也存在著一些不足之處，主要是系統的工作受載體機動的影響較大，容易受到干擾和人為控制。

發明內容

發明目的：針對現有技術中捷聯慣性導航系統長航運行時誤差大的問題，本發明提供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。

技術方案：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，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。

進一步的，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。