[發(fā)明專利]一種深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法在審
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202110917244.6 | 申請(qǐng)日： | 2021-08-11 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN113639753A | 公開（公告）日： | 2021-11-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 鮑敬強(qiáng);張昕;何波 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 青島澎湃海洋探索技術(shù)有限公司 |
| 主分類號(hào)： | G01C21/20 | 分類號(hào)： | G01C21/20 |
| 代理公司： | 青島匯智海納知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335 | 代理人： | 王丹丹 |
| 地址： | 266000 山東省青島市嶗*** | 國(guó)省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 深海 水下 運(yùn)載 垂直 通道 導(dǎo)航 方法 | ||
1.一種深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟A、水下運(yùn)載器布放前，先使用船載CTD測(cè)量任務(wù)區(qū)域的海水鹽度、溫度和壓強(qiáng)剖面信息；
步驟B、根據(jù)步驟A所獲得的剖面信息，基于海水狀態(tài)方程計(jì)算深度，構(gòu)建“壓強(qiáng)一深度”數(shù)據(jù)庫；
步驟C、將“壓強(qiáng)-深度”數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入水下運(yùn)載器的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)中，水下運(yùn)載器航行時(shí)，將水下運(yùn)載器安裝的IPS測(cè)得的壓強(qiáng)信息輸入該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行線性插值，得到對(duì)應(yīng)的IPS插值深度；
步驟D、水下運(yùn)載器的導(dǎo)航系統(tǒng)運(yùn)行AKF濾波器，將線性插值的深度和INS的垂直加速度輸入AKF濾波器，輸出相應(yīng)的深度和垂直速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)垂直通道導(dǎo)航。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法，其特征在于：所述步驟B中，具體通過以下方式實(shí)現(xiàn)：
(1)“壓強(qiáng)-深度”數(shù)據(jù)庫以“鍵-值”方式存儲(chǔ)，其中CTD壓強(qiáng)為“鍵”，使用海水狀態(tài)方程計(jì)算得到的深度為“值”；
(2)海水狀態(tài)方程完整公式如下：
其中，p為海水壓強(qiáng)，z為海水深度，S為海水鹽度，T為海水溫度，V(35，0，p)為標(biāo)準(zhǔn)海洋環(huán)境下的海水比容，g0為海水表面處的重力加速度，μ為緯度，γp為平均重力垂直梯度，δ(S，T，p)為比容異常。
(3)將海水狀態(tài)方程的積分形式轉(zhuǎn)換為累加形式：
其中，pi為數(shù)據(jù)庫的第i行數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)，pi+1為數(shù)據(jù)庫的第i+1行數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的壓強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法，其特征在于：所述步驟C中，考慮到“壓強(qiáng)-深度”數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的是一系列已知、離散的“鍵-值”，IPS測(cè)量的壓強(qiáng)不在該數(shù)據(jù)庫中時(shí)，采用線性插值的方法獲得與已知的“壓強(qiáng)-深度”數(shù)據(jù)庫吻合的深度，得到IPS插值深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法，其特征在于：所述步驟D中：
(1)AKF濾波器的系統(tǒng)狀態(tài)方程為
Xk＝Ak*Xk-1+ωk-1
將其寫為矩陣形式
其中，x為AKF濾波器估計(jì)的深度，vx為AKF濾波器估計(jì)的垂直速度，ax為AKF濾波器估計(jì)的垂直加速度，Δt為濾波器執(zhí)行的時(shí)間間隔，ωk-1為系統(tǒng)噪聲；
(2)卡爾曼濾波器的觀測(cè)方程為
Zk＝Hk*Xk+vk
將其寫為矩陣形式
其中，dIPS為IPS插值深度，aINS為INS的垂直加速度，vk為觀測(cè)噪聲，如果深度計(jì)數(shù)據(jù)更新，則否則
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深海型水下運(yùn)載器的垂直通道導(dǎo)航方法，其特征在于：所述AKF濾波器是基于方差縮放技術(shù)，使用縮放因子Sk對(duì)卡爾曼濾波器中的先驗(yàn)估計(jì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行縮放，即其中縮放因子Sk的計(jì)算公式如下：
其中為卡爾曼濾波器的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)。
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