[發明專利]一種基于多傳感器數據融合的AUV導航定位方法及系統

在審

• 申請號: 202010514731.3
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111829512A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 盧曼曼;郭眀禹;李宇航;張南南
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01S19/45;G01S19/47
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種基于多傳感器數據融合的AUV組合導航方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟一：建立慣性導航運動學模型；

步驟二：定義AUV的3維空間、6個自由度的運動參數；所述AUV是指無人水下潛航器；

步驟三：確定組合導航系統模型的基本形式；

步驟四：進行慣性導航、聲學導航和衛星導航相結合的組合導航。

2.根據權利要求1所述的基于多傳感器數據融合的AUV組合導航方法，其特征在于：慣性導航運動學模型具體為：

慣性導航姿態更新為：

其中，Δθ＝[Δθ_x Δθ_y Δθ_z]^T表示載體坐標系下陀螺儀輸出的三軸角度變化信息；ε＝[ε_x ε_y ε_z]^T表示載體坐標系下陀螺三軸常值漂移信息；[q₀ q₁ q₂ q₃]^T表示四元數信息，姿態更新時采用旋轉矢量法更新四元數；Δq＝[Δq₀ Δq₁ Δq₂ Δq₃]^T為四元數變化量；

慣性導航速度更新為：

其中，V＝[V_N V_E V_D]^T表示n系下三維速度信息，為捷聯矩陣，ΔV＝[ΔV_x ΔV_y ΔV_z]^T表示b系下加速度計輸出的三軸速度變化信息，g表示當地重力加速度，Δt表示采樣時間間隔；ΔA＝[ΔA_x ΔA_y ΔA_z]^T表示b系下加速度計的常值零偏信息；

慣性導航位置更新為：

其中：P＝[P_N P_E P_D]^T表示n系下三維位置信息。

3.根據權利要求2所述的基于多傳感器數據融合的AUV組合導航方法，其特征在于：所述n系即為導航坐標系：定為N-E-D的地理坐標系，原點位于載體當前所在位置，x_n,y_n在地理水平面內，x_n軸沿當地經線的切線向北，y_n軸沿當地緯線的切線向東，z_n軸垂直向下構成右手坐標系；

所述b系是指載體坐標系，載體坐標系即AUV本體坐標系，原點位于載體質心處，x_b沿載體軸向向前，y_b沿載體向右，z_b垂直于載體平面，三軸滿足右手法則，隨著載體的轉動而轉動。

4.根據權利要求3所述的基于多傳感器數據融合的AUV組合導航方法，其特征在于：定義AUV的3維空間、6個自由度的運動參數，具體為：

(P_N,P_E,P_D)：表示在導航坐標系下，AUV在三個坐標軸下的位置分量；

(V_N,V_E,V_D)：表示在導航坐標系下，AUV在三個坐標軸下的速度分量；

(γ,θ,ψ)：γ為橫滾角，選取逆時針方向為正方向，其取值范圍是(-180°,180°)；θ為俯仰角，正方向與橫滾角相同，取值范圍是(-90°,90°)；ψ為偏航角，左偏航為正，取值范圍是(-180°,180°)。