[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

本發明公開一種基于外積補償的AUV動基座對準方法及系統，首先讓AUV在起始點完成動基座的粗對準，完成粗對準后AUV直線行駛到一個已知位置，并進行船位推算，然后由船位推算的航跡信息和實際航跡構造位移向量，并通過航跡比較，實現將坐標系偏差顯化為航向誤差角，最后基于向量外積進行航向誤差角的解算，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，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。本發明實現了坐標系偏差對坐標轉換矩陣的精確補償，尤其解決了劇烈擾動下AUV動基座精對準問題，計算簡單且精度高。

技術領域

本發明屬于水下航行器及機器人的初始對準領域，具體涉及一種基于外積補償的AUV動基座對準方法及系統。

背景技術

自主式水下航行器(Autonomous?Underwater?Vehicle，AUV)在海洋環境的建模與資源的開采、水下目標的檢測與識別、水下救險和打撈、水下設備檢查等方面的應用越發重要。水下滑翔器導航與定位的精準性與實時性是使之按照預先設定的航線進行滑行的基礎與關鍵。

慣性導航系統具有自主導航、保密性好、抗干擾能力強、導航參數豐富及短時間內導航精度高等特點。然而由于慣性傳感器固有誤差的存在，使得導航誤差隨時間積累，長時間導航精度較差。所以需要其他誤差穩定的導航系統的輔助，對其累積誤差周期性的修正，以使其更好的發揮自身優勢。多普勒計程儀雖然精度低，但其誤差能長時間保持穩定，由于兩者的互補性，所以采用捷聯慣性導航系統(Strapdown?Inertial?Navigation?System,SINS)和多普勒計程儀(Doppler?Velocity?Log,DVL)組合的方式，能有效的減小誤差，提高導航精度。

捷聯慣性導航初始對準的目的是使系統建立起準確的初始導航坐標系，初始對準的誤差是捷聯式慣導系統的主要誤差源之一，因此初始對準的精度與慣性導航系統的工作精度直接相關。對于靜基座對準技術來說，無論在理論上還是在實際應用方面都已經比較成熟，成果也頗多，研究的意義已經不大，而捷聯慣組在實際應用過程當中，由于周圍環境的影響，是不可能滿足靜基座對準的假設條件，如慣性導航系統應用于AUV時，AUV會受海浪波動出現水中搖擺的情況，因此有必要研究動基座初始對準技術，這對提高AUV在惡劣環境下的機動性有著重要意義。由于動基座粗對準仍有一定誤差，所以還需要進行動基座的精對準，常采用的方法是非線性濾波或利用引入外部信息來實現捷聯慣導系統運動中對準，但由于存在濾波時間過長容易產生濾波發散的現象，以及在引入外部信息的同時也引入了誤差等問題，動基座精對準技術仍然很不成熟。如何使坐標系偏差能精確地補償到坐標轉換矩陣中，從而實現精確對準，目前還未有較好的策略。

發明內容

發明目的：本發明提出了一種基于外積補償的AUV動基座對準方法及系統，實現了坐標系偏差對坐標轉換矩陣的精確補償，提高了AUV抗劇烈擾動的能力。

技術方案：本發明所述的一種基于外積補償的AUV動基座對準方法，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。

進一步地，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；