一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110044378A(43)申请公布日2019.07.23(21)申请号201910310907.0(22)申请日2019.04.17(71)申请人河海大学地址210024江苏省南京市鼓楼区西康路1号(72)发明人黄浩乾伍光胜李林敏周军刘志强张睿(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人吕朦(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)G01C21/16(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法(57)摘要本发明公开了一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法，包括导航解算模块、全球定位系统模块、捷联惯性导航接收模块、多普勒测速模块，信息融合滤波模块。捷联惯性导航接收模块中的光纤陀螺仪、加速度计、磁力计输出导航姿态、速度、位置初始信息，利用动态Allan方差方法对光纤陀螺仪输出数据进行误差处理校正，将处理后的数据通过导航解算模块得到载体的速率、位置、姿态信息，最后通过信息融合滤波模块将载体的速率信息进行融合、滤波误差校正，实现水下深潜器的精准定位。本发明实现了高精度、高可靠性、强实时性的水下深潜器定位与导航，克服了传统导航系统位置信息精确度的不足。CN110044378ACN110044378A权利要求书1/2页1.一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)水下深潜器入水前，对捷联惯性导航系统用卡尔曼滤波进行初始对准；(2)水下深潜器入水后，捷联惯性导航接收模块中的光纤陀螺仪测量载体初始角速率，并利用动态Allan方差方法对载体初始角速率进行修正；捷联惯性导航接收模块中的加速度计、磁力计输出载体初始位置、速度信息；多普勒计程仪、地形地磁传感器输出载体的速度、位置、姿态信息；(3)不断调节引起光纤陀螺仪输出数据改变的参数，分析不同参数下光纤陀螺仪输出载体角速率的稳定性，并判断动态Allan方差方法校正后的稳定程度，同时分析出使光纤陀螺仪输出数据稳定的参数，从而调节出准确的角速率，计算载体的姿态信息；(4)将捷联惯性导航接收模块输出的载体初始速度、位置及姿态信息通过导航解算模块得到解算后的载体速度、位置、姿态信息；(5)将步骤(4)解算后的载体速度、位置、姿态信息与多普勒测速模块、地形地磁传感器输出的载体速度、位置、姿态信息，输入到信息融合滤波模块中，根据数据类型相同、数据特征相同的准则对两部分数据进行筛选，通过卡尔曼滤波技术与神经网络技术进行滤波校正、误差处理得到准确的导航信息。2.根据权利要求1所述的用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位方法，其特征在于，步骤(2)中，动态Allan方差方法为已知光纤陀螺仪受外界温度的影响，通过动态Allan方差和时频域分解方法对光纤陀螺仪输出角速率进行补偿并处理，从而得到高精度的姿态信息。3.根据权利要求1所述的用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位方法，其特征在于，步骤(3)中，光纤陀螺仪输出角速率计算载体的姿态信息，具体过程如下：利用公式(1)式中：qi为规范化后的四元数。由描述旋转刚体姿态矩阵的四元数法，易得载体姿态矩阵表示为假设载体的方位角为ψ，俯仰角为θ，倾斜角为γ，则由旋转关系对应的坐标变换阵得到相应的姿态矩阵为2CN110044378A权利要求书2/2页从而计算姿态角得：4.根据权利要求1所述的用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位方法，其特征在于，步骤(1)中，利用全球定位系统模块确定载体速度、位置和姿态信息。5.一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统，其特征在于，包括全球定位系统模块、捷联惯性导航接收模块、多普勒计程仪、地形地磁传感器、信息融合滤波模块、导航解算模块，所述全球定位系统模块用于在载体入水前确定载体速度、位置及姿态信息；捷联惯性导航接收模块用于在载体入水后测量载体速度、位置及姿态信息；多普勒计程仪用于测量载体速度，地形地磁传感器用于测量载体的位置、姿态信息；信息融合滤波模块用于对捷联惯性导航接收模块输出的载体速度、位置及姿态信息与多普勒计程仪、地形地磁传感器输出的载体速度、位置及姿态信息通过卡尔曼滤波技术与神经网络技术进行融合、滤波校正；导航解算模块用于将捷联惯性导航接收模块输出的数据和融合校正处理后的数据进行解算处理，得到准确的导航速度、位置、姿态信息。6.根据权利要求5所述的用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统，其特征在于，所述捷联惯性导航接收模块包括光纤陀螺仪、加速度计、磁力计，光纤陀螺仪用于测量载体角速率，加速度计、磁力计用于测量载体的位置、速度信息。7.根据权利要求1所