[發明專利]一種基于外積補償的AUV動基座對準方法及系統

有效

• 申請號: 202010069961.3
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111174813B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 黃浩乾;劉聰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于外積補償的AUV動基座對準方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)使AUV在起始點完成動基座的粗對準；

(2)使AUV在短時間內由初始點航行到已知位置，并進行船位推算；

(3)分別對船位推算的位置信息和實際的位置信息建立位移向量S1和S2，并構造它們的外積向量，并用外積向量表示航向誤差角；

(4)將求得的航向誤差角補償到重力加速度上，用精確的重力加速度去校正轉換矩陣；轉換矩陣不斷更新，當航向誤差角為0時，船位推算點和AUV的實際位置點重合，得到精確的捷聯矩陣，即導航坐標系與真實的導航坐標系重合，完成動基座的精對準；

所述步驟(1)包括以下步驟：

(1)利用角速度和比力在載體坐標系上的投影與它們在導航坐標系上的投影之間的坐標轉換關系，來計算初始坐標轉換矩陣；

(2)由角度傳感器輸出的角度在微分后得到角速度，和陀螺儀輸出的角速度進行比較后，輸入濾波模塊；由多普勒計程儀輸出的速度在微分后得到加速度，和加速度計輸出的加速度進行比較后，輸入濾波模塊；

(3)濾波模塊推算角速度和加速度的最優估計值，導航計算機根據每次補償后的陀螺儀和加速度計測得的載體坐標系下的角速度和比力，不斷解算新的轉換矩陣，由此基本消除了初始坐標轉換矩陣中陀螺儀和加速度計的儀表誤差，完成粗對準；

步驟(3)所述的航向誤差角為AUV在坐標系中因推算軌跡和實際軌跡不同產生的偏差角，所述偏差角就是導航計算機計算出來的導航坐標系與真實的導航坐標系間的偏差；

步驟(3)所述的外積向量的方向為重力加速度的反方向。

2.一種采用權利要求1所述方法的基于外積補償的AUV動基座對準系統，其特征在于，包括捷聯慣導系統、角度傳感器、多普勒計程儀、導航計算機、船位推算模塊和濾波模塊，所述角度傳感器用于對捷聯慣導系統的陀螺儀進行補償，以為AUV的粗對準提供準確的角速度信息；所述多普勒計程儀用于對捷聯慣導系統的加速度進行補償，為AUV的粗對準提供準確的比力信息，保證粗對準時坐標矩陣的精度，并為AUV的精對準提供準確的重力加速度；所述濾波模塊用于在校正轉換矩陣時推算最優估計值；所述船位推算模塊用于推算AUV動基座粗對準完成后的初始航向信息，用于與實際航向信息比較，建立位移向量，為導航計算機解算航向誤差角提供位置信息；所述導航計算機用于坐標轉換矩陣的解算，在動基座粗對準時，根據每個時刻陀螺儀和加速度計測得的以載體坐標系表示的角速度和比力信息去更新轉換矩陣，用于消除陀螺儀和加速度計的儀表誤差；在動基座精對準時，根據由航向誤差角得到的精確的重力加速度去更新轉換矩陣，用于減小失準角。