双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法.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CN109269496A(43)申请公布日2019.01.25(21)申请号201810779418.5(22)申请日2018.07.16(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人周佳加张强吴迪李娟严浙平(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法(57)摘要本发明提供的是一种双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法。包括多普勒测速仪检测模块、多普勒测速仪模式转换模块、卡尔曼滤波模块、高频对流多普勒测速仪、低频对地多普勒测速仪和惯性导航系统。本发明可以增加UUV遇到海沟和深海航行的稳定性，提高了航行器在大深度海区的高精度导航能力,降低了出水校正次数,满足了大范围航海和隐蔽作业的导航需求。DVL运行状态切换的判定所需的信息量少、控制指令简单。CN109269496ACN109269496A权利要求书1/2页1.一种双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：包括多普勒测速仪检测模块、多普勒测速仪模式转换模块、卡尔曼滤波模块、高频对流多普勒测速仪、低频对地多普勒测速仪和惯性导航系统，所述低频对地多普勒测速仪对海底测量，所述高频对流多普勒测速仪对流测量，所述惯性导航系统主要用于把测量的速度与低频对地多普勒测速仪或高频对流多普勒测速仪测量的速度进行匹配，利用卡尔曼滤波器对状态进行评估、并根据状态值对惯导系统进行修正、完成惯导系统的精确初始校准，所述多普勒测速仪检测模块接受低频对地多普勒测速仪数据，并检测低频对地多普勒测速仪是否失效，所述多普勒测速仪转换模块根据多普勒测速仪检测模块输出的结果来切换多普勒系统导航的工作模式，所述卡尔曼滤波模块采用卡尔曼滤波算法融合惯性导航系统和低频对地多普勒测速仪或高频对流多普勒测速仪的测量数据，估计航行器位。2.根据权利要求1所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述卡尔曼滤波算法以最小均方误差为最佳准则，采用信号与噪声的状态空间模型，利用前一时刻的估计值和现在时刻的测量值来更新对状态变量的估计，求出现在时刻的估计值。3.根据权利要求1或2所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述低频对地多普勒测速仪安装在UUV前腹部，波束方向UUV的正下方，高度探测和输出范围为[0,400]米。4.根据权利要求1或2所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述高频对流多普勒测速仪安装在UUV后腹部，波束方向UUV的正下方，对流测量范围在[10,20]米。5.根据权利要求3所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述高频对流多普勒测速仪安装在UUV后腹部，波束方向UUV的正下方，对流测量范围在[10,20]米。6.根据权利要求1或2所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述惯性导航系统安装在横艏面处，航向角范围[0-360]，航向角精度0.5。7.根据权利要求3所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述惯性导航系统安装在横艏面处，航向角范围[0-360]，航向角精度0.5。8.根据权利要求4所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述惯性导航系统安装在横艏面处，航向角范围[0-360]，航向角精度0.5。9.根据权利要求5所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置，其特征是：所述惯性导航系统安装在横艏面处，航向角范围[0-360]，航向角精度0.5。10.一种基于权利要求1所述的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置的导航方法，其特征是：步骤一:开启惯性导航系统、低频对地多普勒测速仪、高频对流多普勒测速仪；步骤二:普勒测速仪检测模块接收并判断低频对地多普勒测速仪数据，若低频对地普2CN109269496A权利要求书2/2页勒测速仪失效则将模式转换指令发送到普勒测速仪转换模块；步骤三:普勒测速仪转换模块收到模式转换指令则将普勒测速仪工作模式转换成高频对流普勒测速仪导航，否则将采集到的速度信息发送到卡尔曼滤波模块；步骤四:将普勒测速仪检测模块收集到普勒测速仪测量速度与惯性导航系统的速度相匹配；步骤五:通过卡尔曼滤波器进行数据融合，并利用其输出参数误差估计值直接校正惯导系统输出的导航参数；步骤六:判断任务是否完成，若完成，任务结束；否则转步骤二。3CN109269496A说明书1/4页双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法技