一种水下导航姿态测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103017755A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN103017755A(43)申请公布日2013.04.03(21)申请号201210487170.8(22)申请日2012.11.26(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)发明人奔粤阳朱忠军李倩高伟于飞刘新源杨娇龙鲍桂清李敬春周广涛(51)Int.Cl.G01C21/00(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书55页页附图附图22页(54)发明名称一种水下导航姿态测量方法(57)摘要本发明涉及的是一种信息测量方法，具体地说是一种潜器水下航行时，多普勒计程仪对水工作模式下，捷联惯性导航系统\多普勒计程仪水下组合导航姿态测量方法。本发明包括如下步骤：连接潜器装备的捷联惯性导航系统和多普勒计程仪；递推测量潜器的姿态值、速度值与位置值；记录潜器开始下潜时刻速度值；查找潜器航行海域内，洋流模型东向参数βx和洋流模型北向参数βy；递推测量洋流的速度；实时采集多普勒计程仪对水速度值；实时估测出捷联惯性导航系统姿态误差；测量准确的潜器捷联惯性导航系统姿态值。本发明在补偿洋流速度后，航向、纵摇和横摇误差角精度有不同程度的提高，提高了组合导航精度。CN10375ACN103017755A权利要求书1/1页1.一种水下导航姿态测量方法，由潜器装备的捷联惯性导航系统、多普勒计程仪，结合洋流速度模型，工作于组合导航状态，实时测量潜器的姿态信息，其特征在于，包括如下步骤：（1）用数据传输电缆连接潜器装备的捷联惯性导航系统和多普勒计程仪；（2）采集潜器捷联惯性导航系统中陀螺和加速度计的采样值，递推测量潜器的姿态值、速度值与位置值；（3）记录潜器开始下潜时刻捷联惯性导航系统测量的速度值，作为洋流递推测量速度的初始值，即VCE(0),VCN(0)，其中VCE(0)为洋流递推测量速度的东向初始值，VCN(0)为洋流递推测量速度的北向初始值；（4）在电子海图或洋流数据库中，查找潜器航行海域内，洋流模型东向参数βx和洋流模型北向参数βy；（5）在潜器下潜和水下航行阶段，递推测量洋流的速度，洋流在卡尔曼滤波更新周期T内的增量为VCE(k+1)＝VCE(k)-βxVCE(k)TVCE(k+1)＝VCN(k)-βyVCN(k)T，其中VCE(k)为洋流递推测量的东向速度，VCN(k)为洋流递推测量的北向速度，k＝0,1，2,…，k为采样时间；（6）实时采集多普勒计程仪对水速度值：VDE(k)为多普勒计程仪递推测量的东向速度，VDN(k)为DVL递推测量的北向速度，结合步骤（5）测量得到的洋流值，构成卡尔曼滤波器的观测量：（7）利用卡尔曼滤波器的观测量，构造捷联惯性导航系统/多普勒计程仪组合导航卡尔曼滤波器，实时估测出捷联惯性导航系统姿态误差；（8）利用估测出的捷联惯性导航系统姿态误差修正步骤（2）中捷联惯性导航系统测量姿态值，得到准确的潜器捷联惯性导航系统姿态值。2.根据权利要求1所述的一种水下导航姿态测量方法，其特征在于：所述潜器的姿态T值包括航向角ψ、纵摇角θ、横摇角γ；所述潜器的速度值为v＝[vEvNvU]其中vE为潜器的东向速度，vN为潜器的北向速度，vU为潜器的天向速度；所述潜器的位置值包括纬度L、经度λ。3.根据权利要求1或2所述的一种水下导航姿态测量方法，其特征在于：所述估测出的捷联惯性导航系统姿态误差包括航向角误差δψ、纵摇角误差δθ、横摇角误差δγ。4.根据权利要求1或2所述的一种水下导航姿态测量方法，其特征在于：所述准确的潜器捷联惯性导航系统姿态值包括准确的航向角ψ-δψ；准确的纵摇角θ-δθ；准确的横摇角Υ-δγ。5.根据权利要求3所述的一种水下导航姿态测量方法，其特征在于：所述准确的潜器捷联惯性导航系统姿态值包括准确的航向角ψ-δψ；准确的纵摇角θ-δθ；准确的横摇角Υ-δγ。2CN103017755A说明书1/5页一种水下导航姿态测量方法技术领域[0001]本发明涉及的是一种信息测量方法，具体地说是一种潜器水下航行时，多普勒计程仪对水工作模式下，捷联惯性导航系统\多普勒计程仪水下组合导航姿态测量方法。背景技术[0002]捷联惯导系统（SINS）具有独立自主工作的优点，但其导航误差随时间积累；GPS可以提供精确的位置信息，但其信号会在水中衰减，无法被水下作业的潜器使用；多普勒计程仪（DVL）可提供潜器的速度信息，但其作用距离有限，当潜器与海底距离小于其作用距离时，DVL工作于对地模式，提供地速，当潜器与海底距离大于其作用距离时，DVL工作于对水模式，提供对水速度。受限于DVL自身性能，潜器体积，功耗等方面的限制，大多数情况下，DVL只能提供对