[發(fā)明專利]一種水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與姿態(tài)估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210415114.7
• 申請(qǐng)日: 2022-04-17
• 公開（公告）號(hào): CN114777812A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鼎;于旭東;史文策;何泓洋;羅暉;吳苗;許江寧
• 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): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 湖南企企衛(wèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

本發(fā)明涉及捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與姿態(tài)估計(jì)方法。在AUV水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)及姿態(tài)估計(jì)時(shí)，本發(fā)明先通過馬氏距離方法判斷觀測(cè)信息是否被野值污染：如果判定DVL觀測(cè)信息沒有被污染，利用變分貝葉斯方法自適應(yīng)觀測(cè)噪聲協(xié)方差矩陣；反之，如果DVL觀測(cè)信息被污染，通過計(jì)算膨脹因子以衡量被污染程度，將膨脹因子引入變分貝葉斯方法自適應(yīng)過程，自適應(yīng)得到觀測(cè)噪聲協(xié)方差。最后通過VBRAKF狀態(tài)估計(jì)得到高精度的水下運(yùn)載體姿態(tài)信息以及導(dǎo)航信息。運(yùn)用本發(fā)明方法進(jìn)行組合導(dǎo)航，系統(tǒng)有著更高的導(dǎo)航精度，更強(qiáng)的可靠性，滿足自主、精確水下長(zhǎng)航時(shí)、長(zhǎng)航程的導(dǎo)航定位能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與姿態(tài)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

自主式水下航行器(AUV)被廣泛應(yīng)用于國(guó)家海防建設(shè)、海洋資源勘探等軍民領(lǐng)域。高精度、高可靠性的自主導(dǎo)航能力是AUV順利完成任務(wù)的前提。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、隱蔽性強(qiáng)、便于與其他設(shè)備集成化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),在水下定位導(dǎo)航與授時(shí)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，成為AUV自主導(dǎo)航定位的重要手段。SINS本質(zhì)上是以牛頓第二定律為基礎(chǔ)的積分推算系統(tǒng)，需要對(duì)慣性測(cè)量單元(IMU)的輸出進(jìn)行積分運(yùn)算。因此，任何初始誤差都會(huì)帶入到積分運(yùn)算系統(tǒng)使得誤差不斷累積，進(jìn)而影響SINS長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離的導(dǎo)航定位精度。水下環(huán)境對(duì)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號(hào)具有屏蔽作用，而多普勒計(jì)程儀(DVL)測(cè)速精度穩(wěn)定，可為SINS提供實(shí)時(shí)外部速度輔助融合信息，SINS/DVL組合導(dǎo)航是當(dāng)前水下導(dǎo)航的主流方案。

初始對(duì)準(zhǔn)是SINS進(jìn)行導(dǎo)航解算的前置步驟，高精度的初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)是水下SINS/DVL組合系統(tǒng)長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離導(dǎo)航定位的重要保證。初始對(duì)準(zhǔn)作為一種有效減小初始誤差以提升導(dǎo)航精度的重要方法，一般分為粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)階段：粗對(duì)準(zhǔn)將運(yùn)載體的姿態(tài)快速地估計(jì)在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，再通過精對(duì)準(zhǔn)以獲得更高的精度；精對(duì)準(zhǔn)分為靜基座精對(duì)準(zhǔn)和行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)兩種。靜基座精對(duì)準(zhǔn)要求運(yùn)載體在起始階段處于完全靜止?fàn)顟B(tài)，先前的研究較多且技術(shù)已相對(duì)成熟。但由于風(fēng)浪、水流等外部因素影響，水下初始對(duì)準(zhǔn)難以滿足靜止條件，因此對(duì)水下行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與姿態(tài)估計(jì)展開研究更具有現(xiàn)實(shí)意義。

在水下行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與組合導(dǎo)航姿態(tài)估計(jì)過程中，外界環(huán)境復(fù)雜多變，水下生物、地形地質(zhì)、水流變化等因素都會(huì)對(duì)DVL的輸出速度產(chǎn)生影響，卡爾曼濾波建立的高斯無偏模型無法準(zhǔn)確反映水下噪聲。水下行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)面臨的困難主要有：1)水下環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致高斯噪聲模型不再適用；2)水下環(huán)境容易導(dǎo)致量測(cè)出現(xiàn)野值。