[發明專利]一種深潛載人潛水器ADCP速度估計與修正算法

有效

• 申請號: 202011491308.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112684207B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉錫祥;盛廣潤;劉賢俊;趙立業;黃永江;張玉鵬;趙苗苗;王子璇;蒲文浩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01P21/02;G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種深潛載人潛水器ADCP速度估計與修正算法，包括以下步驟：1)在海面上，利用SINS/GPS組合導航提供載人潛水器在初始時刻的對地速度v^b；2)ADCP工作在對流模式中，測量出載人潛水器相對水流的速度利用多次ADCP掃描的重復測量推導出載人潛水器的對地速度v^b和水流速度3)下潛至近海底，利用ADCP底跟蹤功能獲取的載人潛水器的對地速度與重疊的ADCP測量推導出載人潛水器的對地速度的誤差，提出一種對各深度單元層中載人潛水器對地速度和水流速度實現誤差修正的方法。本發明解決了下潛過程載人潛水器的對地速度和洋流速度難以估算并且速度誤差隨時間累計的問題，能夠實現深潛載人潛水器下潛/上浮過程中獲取對地、洋流速度以及完成誤差修正得到可靠準確的速度信息。

技術領域

本發明屬于高精度水下導航定位技術領域，涉及一種深潛載人潛水器ADCP速度估計與修正算法，特別適用于在深海作業中對載人潛水器的對地速度和洋流速度的信息測量。

背景技術

海洋中蘊含著大量的礦產資源、生物資源、化學資源等，所以深海探索有重要意義。而在深海領域科學研究調查作業中，載人潛水器可以搭載科學家、技術人員精確的到達深海復雜環境，為深海考察提供了重要的研究基礎，所以重視發展載人潛水器的科學研究目前也成為海洋強國的共識。

載人潛水器的對地速度和洋流速度在深海復雜環境中科學考察、水下潛艇作戰等都是非常重要的支持信息。從海洋交通角度出發，高精度導航定位離不開對載人潛水器的對地速度監測，為航行控制等提供參考；從軍事角度出發，觀測潛水器所在水域的洋流速度以防異變需要進行流速測量，為國防建設提供幫助。在水面上，可以通過全球導航衛星系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)或者捷聯慣性導航系統(StrapdownInertial Navigation System，SINS)等系統提供載體的速度信息；而在下潛后至遠離海底的區域，信號無法穿透海洋深處，所以GNSS無法測量載人潛水器的對地速度，DVL也無法測量準確的洋流速度信息，這使得如何獲取準確可靠的載體、洋流速度信息獲取仍是載人潛水器在下潛過程中面對的難題。

專利文獻(公告號CN110274591A)：一種載人潛水器在水下的導航定位方法。基于聲學多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP)測量載體相對水流的速度并推導出載人潛水器的對地速度，然后與SINS導航解算輸出的對地速度進行融合，構成SINS/ADCP組合導航。該方法核心是基于ADCP的測量及速度估計，設計了中層水域的組合導航算法，解決了在水下實現難以實現自主導航定位的問題。但是載人潛水器從開始下潛至近海底的期間：載人潛水器在初始時刻的對地速度僅依靠SINS導航解算輸出不能保證高精度；基于ADCP測量的估計速度會出現隨下潛里程成正比的誤差，該方法沒有考慮到速度估計誤差累計的問題，會出現導航定位失準的情況，也沒有辦法獲取到準確可靠的洋流速度信息實現水域觀測。

發明內容

針對以上問題，本發明提供一種深潛載人潛水器ADCP速度估計與修正算法。針對在深海區域的下潛過程中，GPS和DVL都無法直接測量載體對地速度、洋流速度信息的現狀，本發明提出通過GPS/SINS組合導航提供載人潛水器初始時刻的對地速度，然后利用深潛載人潛水器ADCP估算載體對地速度及洋流速度，并且基于速度估算誤差隨下潛深度累計的問題，本專利提供一種深潛載人潛水器ADCP速度估計與修正算法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)在海面上，利用SINS/GPS組合導航提供載人潛水器在初始時刻的對地速度v^b；

所述步驟1中通過SINS/GPS組合導航提供載人潛水器在初始時刻的對地速度方法如下：

S1.1：采用SINS導航解算算法，慣性測量單元輸出角速度和比力信息，經過慣導機械編排方程求解，輸出導航信息，即姿態，速度，位置；導航坐標系下導航解算方程為：