[發明專利]一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法及系統

有效

• 申請號: 202011228975.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112432642B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 肖云;任飛龍;孫愛斌
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍61540部隊;西安航天天繪數據技術有限公司;長安大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G06F17/16
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法及系統。該方法包括獲取在當前海域下水下潛器的位置信息；根據所述慣性導航系統輸出的位置坐標和所述重力燈塔匹配位置坐標確定位置差；根據所述慣性導航系統輸出的深度值和所述深度儀輸出的深度值確定深度值差；根據所述慣性導航系統輸出的速度以及所述里程計輸出的速度確定速度差；根據所述位置差、所述深度值差以及所述速度差，采用擴展卡爾曼濾波確定導航估計值；根據所述導航估計值實時對所述慣性導航系統進行校正；根據校正后的慣性導航系統進行所述水下潛器的導航與定位。本發明所提供的一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法及系統，提高導航定位的精確性。

技術領域

本發明涉及水下潛器重力導航領域，特別是涉及一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法及系統。

背景技術

慣性導航方法：利用陀螺儀和加速度計確定運載體位置、速度及姿態的一種導航系統。加速度計用于測量運載體相對慣性空間的加速度與引力加速度之差。陀螺儀用于穩定安裝在平臺上的加速度計，為加速度計的測量提供參考坐標系。

水下重力燈塔導航方法：從全球海洋重力異常圖中篩選出特征明顯的數據，構建重力燈塔數據庫。通過艇載重力儀測量結果與重力燈塔進行相關分析，從而獲取自身坐標并校正慣導系統。

傳統的重力場潛艇導航方式為：潛艇上裝載有慣性導航系統(主導航系統)和重力匹配導航系統(輔助導航系統)。潛艇以慣導指示的位置進行航行，當陀螺漂移誤差隨時間累積增長到超過一定閾值時，慣導指示結果失效，此時使用重力匹配系統獲取自身位置，并以該位置為新起點，重置慣導后繼續遵照慣導航行。潛艇整個航程不斷重復上述過程，達到導航的目的。這種慣導與重力導航的聯合應用模式其實是割裂的，二者的誤差系統并沒有綜合考慮，僅僅只是將重力導航的輸出值作為真值傳遞給失效慣導，除此之外沒有數據交互，不是真正意義上的組合導航。且如果重力匹配結果有誤，慣導沒有得到準確的校正值，會加大整個聯合導航系統的漂移誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法及系統，提高導航定位的精確性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種重力燈塔與慣性導航融合定位方法，包括：

獲取在當前海域下水下潛器的位置信息；所述位置信息包括慣性導航系統輸出的位置坐標、重力燈塔匹配位置坐標、慣性導航系統輸出的深度值、深度儀輸出的深度值、慣性導航系統輸出的速度以及里程計輸出的速度；

根據所述慣性導航系統輸出的位置坐標和所述重力燈塔匹配位置坐標確定位置差；

根據所述慣性導航系統輸出的深度值和所述深度儀輸出的深度值確定深度值差；

根據所述慣性導航系統輸出的速度以及所述里程計輸出的速度確定速度差；

根據所述位置差、所述深度值差以及所述速度差，采用擴展卡爾曼濾波確定導航估計值；

根據所述導航估計值實時對所述慣性導航系統進行校正；

根據校正后的慣性導航系統進行所述水下潛器的導航與定位。

可選的，所述獲取在當前海域下水下潛器的位置信息，之前還包括：

在當前海域下獲取重力燈塔；

根據所述重力燈塔進行航行，并采用所述慣性導航系統、重力儀、深度儀以及里程計進行所述位置信息的采集。

可選的，所述在當前海域下獲取重力燈塔，之后還包括：

獲取慣導誤差模型；所述慣導誤差模型包括慣導姿態誤差、慣導速度誤差、慣導位置誤差、陀螺常值漂移誤差以及加速度計常值誤差；