[發明專利]一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法及系統

在審

• 申請號: 202010847109.4
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111964684A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 周玲;孫慧霞;竇永梅;朱倚嫻;胡杰
• 申請（專利權）人: 運城學院
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01S5/22
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 金龍;劉琦

本發明公開一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法及系統，針對現有技術中存在的水下導航定位誤差收斂速度慢的問題，本發明提供一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法及系統，基于該方法的系統由SINS、LBL、壓力傳感器和數據處理單元組成，LBL根據可用水聽器數量采用TOA和TDOA混合定位方法或直接采用TDOA定位方法輔助SINS緊組合導航，將SINS輸出的參數分別與LBL輸出的對應參數作差后進行卡爾曼濾波，濾波輸出的導航誤差估計值反饋修正SINS。本發明方法利用斜距差、斜距率差、斜距差之差、斜距率差之差進行SINS/LBL緊組合，有效提高了水下潛器的導航定位精度。

技術領域

本發明屬于水下潛器導航定位領域，具體涉及一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法及系統。

背景技術

海洋占地球表面積的70.8％，蘊藏著豐富的生物、礦產、化學和動力資源，探索和開發海洋成為人類主要的生產活動。水下潛器在科學考察、商業及軍事方面均有著廣闊的應用前景，水下長航時高精度導航是發展水下潛器必須突破的關鍵技術之一，也是目前導航技術領域研究的熱點和難點問題。

受到水下復雜環境因素的影響，長航時精確導航一直是潛器面臨的難題之一，目前在水下導航定位技術方面，潛器主要以多普勒測速儀(DVL：Doppler Velocity Log)輔助捷聯慣導系統(SINS/DVL：Strapdown Inertial Navigation System/Doppler VelocityLog)為基本導航系統，根據基本導航系統的航位推算原理，潛器經過長時間航行后，基本導航系統輸出的位置已經積累較大誤差，考慮到安全性和長時間水下作業的實際情況，采用長基線水聲定位系統(LBL：Long Base Line)，LBL定位系統堪稱“水下GNSS高精度定位導航系統”，具有作用范圍廣和定位精度高的優點，因而得到廣泛研究與應用。

SINS/LBL組合導航類似SINS/GNSS組合導航模式，SINS/LBL松組合導航模式已研究成熟，為直接利用長基線水聲定位系統獲取的斜距信息，張濤等研究了SINS/LBL緊組合導航模式(中國公開專利：一種基于SINS/LBL緊組合的AUV水下導航定位方法，公開號CN104457754B)。該緊組合模式在水聽器可用數目為四個時，導航定位效果良好，但當水聽器可用數目小于四個時，緊組合導航的定位誤差仍較大，不利于潛器的快速定位。

發明內容

技術問題：當潛器進入聲學基陣工作區時，針對現有導航技術定位誤差收斂速度慢的問題，本發明提出一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法及系統，它可實現定位誤差的快速收斂，進一步提高水下潛器的導航定位精度。

技術方案：本發明的一種基于SINS/LBL緊組合的水下導航混合定位方法，該方法步驟如下：

步驟1，初始化水下導航定位系統：獲取潛器的初始位置參數，獲取潛器的角速率和比力信息，進行捷聯慣導系統初始對準，獲取潛器的初始姿態矩陣和初始速度信息；

步驟2，判斷聲學基陣工作區水聽器的可用個數，當水聽器的可用個數大于等于兩個時，迭代循環步驟3至步驟5，否則停止迭代，繼續判斷水聽器的可用個數；

步驟3，當水聽器的可用個數等于兩個時，利用聲學基陣和捷聯慣導系統解算的潛器位置信息，計算出潛器與聲學基陣之間的斜距、斜距率、斜距差和斜距率差；

當水聽器的可用個數大于兩個時，利用聲學基陣和捷聯慣導系統解算的潛器位置信息，計算出潛器與聲學基陣之間的斜距差和斜距率差；

步驟4，當水聽器的可用個數等于兩個時，長基線水聲定位系統計算出潛器與聲學基陣之間的斜距、斜距率、斜距差和斜距率差；

當水聽器的可用個數大于兩個時，長基線水聲定位系統計算出潛器與聲學基陣之間的斜距差和斜距率差；