[發明專利]一種基于因子圖優化的UUV多海域綜合導航系統設計方法

有效

• 申請號: 202111241388.0
• 申請日: 2021-10-25
• 公開（公告）號: CN113984061B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 杜雪;胡俊生;閆澤博;管鳳旭;孫巖;張勛;陳濤;鄭巖
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于因子圖優化的UUV多海域綜合導航系統設計方法以實現以慣導為核心的UUV多海域信息融合定位，該方法將海域分為淺海域、深遠海域以及極區海域，通過分析各個海域的傳感器可用性，對傳感器進行最優組合以滿足長航時多海域的情況。本發明解決UUV傳統組合導航下只針對某一特定環境下的導航問題，長航時的能耗問題以及傳感器異步異構問題。

技術領域

本發明涉及多源信息融合、極地導航、組合導航領域，具體為一種基于因子圖優化的UUV多海域綜合導航系統設計方法。

背景技術

無人水下潛航器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作為一種自主能力強、可控制性好、續航時間長的海洋裝備，在海洋開發和勘探和軍事領域方面發揮著重要的作用。由于UUV體積小，屬于智能高技術集成體，所以它本身所能攜帶的能源和質量都會受到一定程度的限制。并且水下環境不同于陸地和空中的另一特點是定位難度大，導航定位傳感系統在復雜多變的海洋環境下易出現短時間的定位失效，此時UUV當前位置，速度及姿態等導航參數不能被正常反饋。傳統的組合導航系統往往是針對特定環境設計的，不能適應不斷變化的作戰環境和要求。水下工作環境具有很強的復雜性和未知性，因此，要想達到以上的目標，UUV高精度的導航定位系統是必不可少的。它是UUV安全作業以及順利返航的重要保障。

水下導航信息源沒有陸地上面的多，UUV在水下的常用導航傳感器有慣性導航系統(Inertial Navigation System,INS)、羅經、多普勒測速儀(Doppler Velocity Log,DVL)、全球定位系統(Global Position System,GPS)、深度計、模型輔助導航(當UUV在水下航行時，由于水下復雜的環境，DVL可能因為海底太深無法探測到對底速度，此時可以以模型輔助導航)、長基線(Long Base Line,LBL)、短基線(Short Base Line,SBL)和超短基線(Ultra Short Base Line,USBL)等等。系統的計算復雜度與使用的傳感器數量成正比，且在部分情況下，載體的能源消耗限制也不允許系統使用過多的傳感器。同時，由于各個傳感器有不同的缺陷，適合的使用場景不同，有些時候，增加一個傳感器不僅會增加計算復雜度，反而還會使定位精度下降。此外，部分傳感器的定位精度還會受到載體運動狀態的影響。此外，當UUV航行到高緯度地區甚至極區時，傳統的慣導解算將會失效，這將嚴重影響到UUV的安全，因此及時判斷當前緯度并且切換為游移方位慣導解算是必須的。

雖然信息的增多給了系統提升性能的條件，但由于當前系統引入了多種導航定位傳感器，信息種類增多，信息量激增，此時將產生UUV長航行時的電源功耗和多傳感器并行使用耗電問題面對不同種類的導航信息如何提取并有效利用將是多傳感器信息融合所要開展研究的關鍵內容，并且還有各個傳感器的異步異構問題。因此需要設計一種UUV在多種海域情況下的有用傳感器的即插即用，傳感器選擇后能耗低，并且在高緯度地區將傳統的慣導解算切換為游移方位的慣導解算來保障UUV的導航精度并安全航行。

發明內容

本發明的目的是為了解決UUV傳統組合導航下只針對某一特定環境下的導航問題，長航時的能耗問題以及傳感器異步異構問題而提供一種基于因子圖優化的UUV多海域綜合導航系統設計方法。

一種基于因子圖優化的UUV多海域綜合導航系統設計方法，包括以下步驟：

步驟1：實時監測UUV當前導航參數狀態；

步驟2：對當前狀態的傳感器進行可用度分析；

步驟3：根據當前導航參數與電量選擇慣導工作模式與最優傳感器組合；

步驟4：將傳感器量測抽象為因子節點，導航參數誤差抽象為狀態節點采用iSAM2進行因子圖融合。

本發明還包括這樣一些特征：

1.所述步驟2具體為基于卡方檢測的故障檢測算法來對傳感器進行可用度分析。