專利名稱：一種水下導航姿態(tài)測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種信息測量方法，具體地說是一種潛器水下航行時，多普勒計程儀對水工作模式下，捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)\多普勒計程儀水下組合導航姿態(tài)測量方法。
背景技術：
捷聯(lián)慣導系統(tǒng)(SINS)具有獨立自主工作的優(yōu)點，但其導航誤差隨時間積累；GPS可以提供精確的位置信息，但其信號會在水中衰減，無法被水下作業(yè)的潛器使用；多普勒計程儀(DVL)可提供潛器的速度信息，但其作用距離有限，當潛器與海底距離小于其作用距離時，DVL工作于對地模式，提供地速，當潛器與海底距離大于其作用距離時，DVL工作于對水模式，提供對水速度。受限于DVL自身性能，潛器體積，功耗等方面的限制，大多數(shù)情況下，DVL只能提供對水速度。上述單一導航系統(tǒng)由于自身存在的不足，已無法滿足潛器導航的要求。因此，通常將上述三種系統(tǒng)組合起來使用，便可取長補短，提高導航精度。潛器水下作業(yè)時，無法使用GPS信號，同時DVL只能提供對水速度。申請?zhí)?00810137469. 4，名稱為“AUV組合導航系統(tǒng)無跡切換方法”;2011年發(fā)表于“計算機測量與控制”上的文章“基于SINS/GPS/DVL組合導航定位半實物仿真研究”，上述成果與已有的專利和文章均在潛器水下導航階段，以對水速度作為潛器組合濾波器的觀測量，去估測SINS的誤差，會由于洋流速度的存在使得濾波發(fā)散，估計失敗(濾波器需要地速作為觀測量，而對水速度等于地速減去洋流速度)。本文設計了輔助的組合導航方案，利用洋流模型遞推出洋流速度，結合DVL對水速度獲得地速值，輸入濾波器，完成濾波估計任務。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高測量精度的多普勒計程儀對水工作模式下捷聯(lián)慣導系統(tǒng)/多普勒計程儀組合導航姿態(tài)測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明由潛器裝備的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)、多普勒計程儀，結合洋流速度模型，工作于組合導航狀態(tài)，實時測量潛器的姿態(tài)信息，包括如下步驟(I)用數(shù)據(jù)傳輸電纜連接潛器裝備的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)和多普勒計程儀；(2)采集潛器捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中陀螺和加速度計的采樣值，遞推測量潛器的姿態(tài)值、速度值與位置值；(3)記錄潛器開始下潛時刻捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)測量的速度值，作為洋流遞推測量速度的初始值，即VeE(Ohvra(O),其中Vra(O)為洋流遞推測量速度的東向初始值，Vcn(O)為洋流遞推測量速度的北向初始值；(4)在電子海圖或洋流數(shù)據(jù)庫中，查找潛器航行海域內(nèi)，洋流模型東向參數(shù)洋流模型北向參數(shù)3y;(5)在潛器下潛和水下航行階段，遞推測量洋流的速度，洋流在卡爾曼濾波更新周期T內(nèi)的增量為
Vce (k+1) = Vce (k) - ^ XVCE (k) T,Vcn (k+1) = Vcn (k) - & yVCN (k) T其中VeE(k)為洋流遞推測量的東向速度，VeN(k)為洋流遞推測量的北向速度，k =0，1,2,…，k為米樣時間；(6)實時采集多普勒計程儀對水速度值VDE(k)為多普勒計程儀遞推測量的東向速度，VdnGO為多普勒計程儀遞推測量的北向速度，結合步驟(5)測量得到的洋流的速度，構成卡爾曼濾波器的觀測量
權利要求
1.一種水下導航姿態(tài)測量方法，由潛器裝備的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)、多普勒計程儀，結合洋流速度模型，工作于組合導航狀態(tài)，實時測量潛器的姿態(tài)信息，其特征在于，包括如下步驟 (1)用數(shù)據(jù)傳輸電纜連接潛器裝備的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)和多普勒計程儀； (2)采集潛器捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中陀螺和加速度計的采樣值，遞推測量潛器的姿態(tài)值、速度值與位置值； (3)記錄潛器開始下潛時刻捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)測量的速度值，作為洋流遞推測量速度的初始值，即Vra (O)，Vcn(O)，其中Vra(O)為洋流遞推測量速度的東向初始值，Vcn(O)為洋流遞推測量速度的北向初始值； (4)在電子海圖或洋流數(shù)據(jù)庫中，查找潛器航行海域內(nèi)，洋流模型東向參數(shù)βχ和洋流模型北向參數(shù); (5)在潛器下潛和水下航行階段，遞推測量洋流的速度，洋流在卡爾曼濾波更新周期T內(nèi)的增量為 Vce (k+1) = VCE(k)-β XVCE (k) TVce (k+1) = VCN(k)-^yVCN(k)T, 其中Vra(k)為洋流遞推測量的東向速度，VcmGO為洋流遞推測量的北向速度，k = O, 1，2，···，k為米樣時間； (6)實時采集多普勒計程儀對水速度值VDE(k)為多普勒計程儀遞推測量的東向速度，VDN(k)為DVL遞推測量的北向速度，結合步驟(5)測量得到的洋流值，構成卡爾曼濾波器的觀測量
2.根據(jù)權利要求1所述的一種水下導航姿態(tài)測量方法，其特征在于所述潛器的姿態(tài)值包括航向角V、縱搖角Θ、橫搖角Y ;所述潛器的速度值為V= [VE Vn vJT其中Ve為潛器的東向速度，Vn為潛器的北向速度，Vu為潛器的天向速度；所述潛器的位置值包括緯度L、經(jīng)度入。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種水下導航姿態(tài)測量方法，其特征在于所述估測出的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)誤差包括航向角誤差δ V、縱搖角誤差δ Θ、橫搖角誤差δ Υ。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種水下導航姿態(tài)測量方法，其特征在于所述準確的潛器捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)值包括準確的航向角Ψ-S Ψ ;準確的縱搖角θ-δ Θ ;準確的橫搖角T-δ Y。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種水下導航姿態(tài)測量方法，其特征在于所述準確的潛器捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)值包括準確的航向角Ψ-S Ψ ;準確的縱搖角θ-δ Θ ;準確的橫搖角 T-δ Y。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種信息測量方法，具體地說是一種潛器水下航行時，多普勒計程儀對水工作模式下，捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)\多普勒計程儀水下組合導航姿態(tài)測量方法。本發(fā)明包括如下步驟連接潛器裝備的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)和多普勒計程儀；遞推測量潛器的姿態(tài)值、速度值與位置值；記錄潛器開始下潛時刻速度值；查找潛器航行海域內(nèi)，洋流模型東向參數(shù)βx和洋流模型北向參數(shù)βy；遞推測量洋流的速度；實時采集多普勒計程儀對水速度值；實時估測出捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)誤差；測量準確的潛器捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)值。本發(fā)明在補償洋流速度后，航向、縱搖和橫搖誤差角精度有不同程度的提高，提高了組合導航精度。
文檔編號G01C21/00GK103017755SQ201210487170
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者奔粵陽, 朱忠軍, 李倩, 高偉, 于飛, 劉新源, 楊嬌龍, 鮑桂清, 李敬春, 周廣濤 申請人:哈爾濱工程大學