[發明專利]一種基于USBL軟件接收機的SINS/USBL深組合導航定位方法

有效

• 申請號: 202010144235.3
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111380517B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 孫大軍;鄭翠娥;張居成;韓云峰;崔宏宇;張殿倫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/00;G01C21/18;G01S5/22;G01S19/42
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張換男

一種基于USBL軟件接收機的SINS/USBL深組合導航定位方法，它屬于組合導航及水聲定位技術領域。本發明解決了當USBL測量信息中斷或者發生錯誤時，傳統組合方式的容錯能力有限的問題。在不需要先驗信息的情況下，本發明利用SINS的動態信息輔助無源工作模式下的USBL載波跟蹤環路和碼跟蹤環路，獲得準確徑向速度信息和時延信息，提高了USBL在干擾信號或者是弱信號下的系統容錯能力，提高了組合系統的性能。本發明可以應用于組合導航及水聲定位領域。

技術領域

本發明屬于組合導航及水聲定位技術領域，具體涉及一種基于USBL(超短基線定位系統)軟件接收機的SINS(捷聯慣導系統)/USBL深組合導航定位方法。

背景技術

傳統的SINS/USBL組合導航建立在對SINS和USBL位置輸出信息或時延、時延差(斜距、斜距差)測量信息進行數據融合的基礎上，通過建立SINS誤差方程和USBL定位誤差方程或測距測向誤差方程，實現對SINS導航誤差的修正，在USBL系統外部對定位結果或測距測向結果進行補償，而忽略了利用SINS動態信息來深入輔助USBL系統內部的信號跟蹤環節。當USBL測量信息中斷或者發生錯誤時，傳統的組合方式都只能提供有限的容錯能力，從而影響組合系統的性能。

發明內容

本發明的目的是為解決當USBL測量信息中斷或者發生錯誤時，傳統組合方式的容錯能力有限的問題，而提出了一種基于USBL軟件接收機的SINS/USBL深組合導航定位方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：一種基于USBL軟件接收機的SINS/USBL深組合導航定位方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、將USBL的聲學基陣倒置安裝在水下航行器上，SINS的陀螺組件和加速度計組件固聯在水下航行器上，水面布放一個同步信標；信標在導航坐標系下的位置通過GPS獲得；

所述導航坐標系是指“東北天”地理坐標系，“東北天”地理坐標系以水下航行器的質心為原點o_n，x_n軸指向地理東向，y_n軸指向地理北向，z_n軸垂直于x_no_ny_n平面指向天向，x_n軸、y_n軸和z_n軸構成右手坐標系；

步驟二、建立聲學基陣坐標系，并確定各基元在聲學基陣坐標系下的位置；

所述聲學基陣坐標系是指以USBL的聲學基陣中心為原點o_a，沿聲學基陣平面指向水下航行器的艏向方向為y_a軸，z_a軸垂直于聲學基陣平面向上，x_a軸與y_a軸、z_a軸構成右手坐標系；

步驟三、根據水下航行器在SINS計算的導航坐標系下的姿態信息，將基元在聲學基陣坐標系下的位置轉換到SINS計算的導航坐標系下；

步驟四、根據基元在SINS計算導航坐標系下的位置，計算聲信號在各基元與信標間的傳播時延以及傳播時延差的預測值；

步驟五、將基元在SINS計算導航坐標系下的速度沿徑向分解，得到徑向速度的預測值，即得到各個基元相對于信標在徑向方向的運動速度大小；

步驟六、將步驟四計算出的傳播時延、傳播時延差的預測值以及步驟五計算出的徑向速度的預測值輸入至USBL軟件接收機的信號跟蹤環路，輔助USBL軟件接收機對載波頻率和碼相位的跟蹤，得到聲信號在各基元與信標間的傳播時延、傳播時延差的測量值以及徑向速度的測量值；

步驟七、建立以傳播時延的預測值與測量值之差、傳播時延差的測量值與預測值之差以及徑向速度的預測值與測量值之差為觀測量，以SINS誤差以及SINS對USBL的輔助誤差為狀態變量的擴展卡爾曼濾波系統；