[發(fā)明專利]基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111543405.6
• 申請(qǐng)日: 2021-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114236173A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李湘源;趙英偉;鄭佳興;王省書(shū);譚文鋒;戴東凱;吳宥霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/08
• 分類號(hào): G01P5/08;G01S19/52;G01S19/53
• 代理公司: 長(zhǎng)沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊?xí)D;周曉艷

本發(fā)明提供了一種基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法，由SINS求解出運(yùn)載體的速度和位置信息；設(shè)置SINS與GNSS組合導(dǎo)航的狀態(tài)變量為12維誤差狀態(tài)量，并構(gòu)建系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程；將GNSS提供的速度和位置信息與SINS解算的速度和位置信息作差，作為卡爾曼濾波的觀測(cè)量，并建立量測(cè)方程；利用卡爾曼濾波校正后的最終時(shí)刻姿態(tài)信息，將DVL測(cè)速結(jié)果投影至導(dǎo)航坐標(biāo)系；將卡爾曼濾波輸出校正后的導(dǎo)航速度與相同時(shí)刻DVL投影在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的速度作差，得到洋流估計(jì)速度。本發(fā)明根據(jù)卡爾曼濾波校正后的最終時(shí)刻高精度姿態(tài)信息，計(jì)算得到高精度的姿態(tài)矩陣，利于將DVL測(cè)量的速度投影至導(dǎo)航系，采用DVL測(cè)速輔助，求解出洋流速度，精度可提高至洋流速度的0.1％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種洋流速度估計(jì)方法，更具體是一種基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法。

背景技術(shù)

捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)/全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS/GNSS)組合導(dǎo)航中，通常用多普勒測(cè)速儀(DVL)提供運(yùn)載體的外參考速度。目前船用DVL多為相對(duì)計(jì)程儀，當(dāng)計(jì)程儀與海底距離大于計(jì)程儀的量程時(shí)，計(jì)程儀的輸出為載體相對(duì)于水流層的速度，計(jì)程儀的測(cè)速精度受到洋流影響，必須想辦法抑制洋流對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)造成的影響。

對(duì)洋流速度估算，然后進(jìn)行洋流補(bǔ)償能有效抑制洋流對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)帶來(lái)的影響，而且洋流在氣象中主要影響氣溫和降水，在實(shí)際生活中可以為漁業(yè)和航運(yùn)提供參考，所以洋流速度的估算方法具有重要的研究?jī)r(jià)值。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310122146.9的中國(guó)專利公開(kāi)了一種組合導(dǎo)航洋流速度測(cè)量方法，該方法需要提前在電子海圖或洋流數(shù)據(jù)庫(kù)中查找航行海域內(nèi)洋流模型參數(shù)，具有一定局限性。其在卡爾曼濾波中，將慣導(dǎo)系統(tǒng)求出的速度信息與DVL測(cè)速信息作為濾波觀測(cè)量，會(huì)由于洋流速度的存在而導(dǎo)致導(dǎo)航結(jié)果發(fā)散。

綜上所述，急需一種基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法，旨在解決現(xiàn)有洋流速度測(cè)量方法需要先獲得航行海域內(nèi)洋流模型參數(shù)，具有一定局限性，以及采用純慣導(dǎo)解算誤差較大的問(wèn)題，具體技術(shù)方案如下：

一種基于SINS與GNSS組合及DVL的洋流速度估計(jì)方法，包括以下步驟：

步驟S1：由SINS求解出運(yùn)載體的速度和位置信息；

步驟S2：設(shè)置SINS與GNSS組合導(dǎo)航的狀態(tài)變量為12維誤差狀態(tài)量，并構(gòu)建卡爾曼濾波的系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程；

步驟S3：將GNSS提供的速度和位置信息與SINS解算的速度和位置信息作差，作為卡爾曼濾波的觀測(cè)量，并建立量測(cè)方程；

步驟S4：利用卡爾曼濾波校正后的最終時(shí)刻姿態(tài)信息，將DVL測(cè)速結(jié)果投影至導(dǎo)航坐標(biāo)系；

步驟S5：將卡爾曼濾波輸出校正后的導(dǎo)航速度與相同時(shí)刻DVL投影在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的速度作差，得到洋流估計(jì)速度。

以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟S1中解算的速度信息包括東向速度v_e和北向速度v_n，解算的位置信息包括緯度L和經(jīng)度λ。

以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述步驟S2中，12維誤差狀態(tài)量如式1)：

其中，φ_x、φ_y和φ_z分別為地理坐標(biāo)系東北天三個(gè)方向的姿態(tài)失準(zhǔn)角，δv_e和δv_n分別為導(dǎo)航坐標(biāo)系下東向和北向速度誤差，δL和δλ分別為緯度誤差和經(jīng)度誤差，ε_x、ε_y和ε_z分別為東北天三個(gè)方向的陀螺漂移，和分別為東北兩個(gè)方向的加速度計(jì)零偏。