本發(fā)明涉及的是一種利用慣導(dǎo)位置信息進(jìn)行UUV離線標(biāo)圖方法。

背景技術(shù)：

水下無人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)在執(zhí)行高精度地形勘測等任務(wù)時(shí)，要求將觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地進(jìn)行定位標(biāo)圖，因此要求UUV在水下作業(yè)過程中準(zhǔn)確觀測位置信息。目前，UUV水下導(dǎo)航多依靠慣導(dǎo)，但純慣導(dǎo)工作模式下導(dǎo)航誤差很大，即使是慣導(dǎo)與多普勒計(jì)程儀組合導(dǎo)航工作模式下，圓概率誤差也只能限制在5‰,對于UUV執(zhí)行更高精度的標(biāo)圖任務(wù)，并不能滿足要求。

針對慣導(dǎo)誤差導(dǎo)致的UUV離線標(biāo)圖精度不高這一技術(shù)難題，國內(nèi)外眾多學(xué)者在誤差修正方面進(jìn)行了深入研究。如陳建華等在文獻(xiàn)“基于水聲傳播時(shí)延補(bǔ)償?shù)膽T導(dǎo)誤差修正方法”(《艦船科學(xué)技術(shù)》，2016年，第38卷，第3期，P97-P100)中利用擴(kuò)展卡爾曼濾波技術(shù)，通過對慣導(dǎo)系統(tǒng)位置誤差狀態(tài)的前推與重構(gòu)，補(bǔ)償了因水聲時(shí)延導(dǎo)致的慣導(dǎo)觀測誤差。李東亮等在文獻(xiàn)“捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差修正方法”(《科學(xué)技術(shù)與工程》，2010年，第10卷，第22期，P5606-P5608)中依據(jù)平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)的輸出信息,應(yīng)用自適應(yīng)濾波理論設(shè)計(jì)信息校正網(wǎng)絡(luò)，對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行誤差修正。而文獻(xiàn)“Compensation for Stochastic Error of Gyros in a Dual-axis Rotational Inertial Navigation System”(基于陀螺隨機(jī)誤差補(bǔ)償?shù)碾p軸旋轉(zhuǎn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng))(Journal of Navigation,Jan 2016,vol.69,No.22,P169-182)從提高雙軸旋轉(zhuǎn)部件的精度入手，通過兩次位置重置，補(bǔ)償了陀螺的隨機(jī)漂移誤差。上述研究方法皆為在線修正慣導(dǎo)位置誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種進(jìn)一步提高UUV的定位標(biāo)圖精度的基于GPS信息修正慣導(dǎo)位置誤差的UUV離線標(biāo)圖方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

步驟一：記錄UUV出水時(shí)刻GPS觀測的經(jīng)緯度；

步驟二：計(jì)算慣導(dǎo)的累積漂移量；

步驟三：近似線性化慣導(dǎo)累積漂移；

步驟四：逐拍修正慣導(dǎo)位置進(jìn)行離線標(biāo)圖。

本發(fā)明還可以包括：

1、慣導(dǎo)的累積漂移量的計(jì)算公式為：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

其中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分別為GPS與慣導(dǎo)在UUV出水時(shí)刻觀測的經(jīng)緯度。

2、所述近似線性化慣導(dǎo)累積漂移具體包括：將慣導(dǎo)的累積漂移作近似線性化處理，即將慣導(dǎo)的累積漂移視為時(shí)間的一次函數(shù)，根據(jù)UUV在水下航行的時(shí)間，將累積漂移量Δ(λ,L)平均分配到慣導(dǎo)觀測的各拍數(shù)據(jù)當(dāng)中，慣導(dǎo)在每拍數(shù)據(jù)上產(chǎn)生的漂移量Δ₁(λ,L)滿足

${\mathrm{\Δ}}_1(\mathrm{\λ},L)=\frac{1}{N-1}\mathrm{\Δ}(\mathrm{\λ},L)$

其中，N為UUV在水下定位標(biāo)圖過程中慣導(dǎo)觀測位置數(shù)據(jù)的拍數(shù)。

3、所述逐拍修正慣導(dǎo)位置進(jìn)行離線標(biāo)圖具體包括：對于慣導(dǎo)觀測的第m拍位置數(shù)據(jù)(λ_m,L_m)，根據(jù)慣導(dǎo)在每拍數(shù)據(jù)上產(chǎn)生的漂移量Δ₁(λ,L)，得到第m拍修正后的離線標(biāo)圖位置表示為，

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N。

本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)主要體現(xiàn)在：

UUV在出水時(shí)刻GPS與慣導(dǎo)會同時(shí)觀測到一組位置數(shù)據(jù)，即經(jīng)緯度信息。由于GPS的定位精度高達(dá)萬分之一，因此可以將其作為基準(zhǔn)來修正慣導(dǎo)觀測的位置數(shù)據(jù)。將這兩組經(jīng)度、緯度值分別作差，可以得到UUV在整個(gè)航行過程當(dāng)中，慣導(dǎo)在經(jīng)緯度方向上的累積漂移量，計(jì)算公式如下：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

式中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分別為GPS與慣導(dǎo)在UUV出水時(shí)刻觀測的經(jīng)緯度。

由慣導(dǎo)的測試曲線得知，慣導(dǎo)漂移具有不確定性，因此很難用某一確定函數(shù)來準(zhǔn)確描述。本發(fā)明將慣導(dǎo)累積漂移作近似線性化處理，即將慣導(dǎo)的累積漂移視為時(shí)間的一次函數(shù)。根據(jù)UUV在水下航行的時(shí)間，將計(jì)算出的累積漂移量Δ(λ,L)平均分配到慣導(dǎo)觀測的各拍位置數(shù)據(jù)當(dāng)中。慣導(dǎo)在每拍數(shù)據(jù)上產(chǎn)生的漂移量Δ₁(λ,L)滿足

${\mathrm{\Δ}}_1(\mathrm{\λ},L)=\frac{1}{N-1}\mathrm{\Δ}(\mathrm{\λ},L)$

式中，N為UUV在水下定位標(biāo)圖過程中慣導(dǎo)觀測位置數(shù)據(jù)的拍數(shù)。

對于慣導(dǎo)觀測的第m拍位置數(shù)據(jù)(λ_m,L_m)，根據(jù)計(jì)算出的慣導(dǎo)在每拍數(shù)據(jù)上產(chǎn)生的漂移量Δ₁(λ,L)，可以推倒出第m拍修正后的離線標(biāo)圖位置，如下式所示。

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N

本發(fā)明具有如下獨(dú)特優(yōu)勢：

本發(fā)明在現(xiàn)有在線修正慣導(dǎo)誤差的技術(shù)方案基礎(chǔ)上，利用UUV出水時(shí)刻GPS觀測的準(zhǔn)確經(jīng)緯度信息，通過近似線性化慣導(dǎo)累積漂移，將慣導(dǎo)的累積漂移量根據(jù)UUV在水下航行的時(shí)間，平均分配到慣導(dǎo)觀測的各拍位置數(shù)據(jù)當(dāng)中，逐拍修正慣導(dǎo)位置進(jìn)行離線標(biāo)圖，能進(jìn)一步提高UUV的定位標(biāo)圖精度。

附圖說明

圖1為基于GPS信息修正慣導(dǎo)位置誤差的UUV離線標(biāo)圖流程圖。

圖2為近似線性化慣導(dǎo)累積漂移的UUV離線標(biāo)圖方法。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

結(jié)合圖1，基于GPS信息修正慣導(dǎo)位置誤差的UUV離線標(biāo)圖流程圖主要包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一：記錄UUV出水時(shí)刻GPS觀測的準(zhǔn)確經(jīng)緯度；

步驟二：計(jì)算慣導(dǎo)的累積漂移量；

步驟三：近似線性化慣導(dǎo)累積漂移；

步驟四：逐拍修正慣導(dǎo)位置進(jìn)行離線標(biāo)圖。

結(jié)合圖2，近似線性化慣導(dǎo)累積漂移的UUV離線標(biāo)圖方法，可以推倒出慣導(dǎo)觀測到的各拍位置數(shù)據(jù)修正以后的離線標(biāo)圖位置。

所述步驟二的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

UUV在出水時(shí)刻GPS與慣導(dǎo)會同時(shí)觀測到一組位置數(shù)據(jù)，即經(jīng)緯度信息。由于GPS的定位精度高達(dá)萬分之一，因此可以將其作為基準(zhǔn)來修正慣導(dǎo)觀測的位置數(shù)據(jù)。將這兩組經(jīng)度、緯度值分別作差，可以得到UUV在整個(gè)航行過程當(dāng)中，慣導(dǎo)在經(jīng)緯度方向上的累積漂移量，計(jì)算公式如下：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

式中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分別為GPS與慣導(dǎo)在UUV出水時(shí)刻觀測的經(jīng)緯度。

所述步驟三的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

UUV從A點(diǎn)入水，慣導(dǎo)由GPS進(jìn)行初始校準(zhǔn)，同時(shí)觀測第一拍經(jīng)緯度數(shù)據(jù)(λ₁,L₁)；UUV從B點(diǎn)出水，此時(shí)GPS與慣導(dǎo)觀測的經(jīng)緯度分別為(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)。通過近似線性化慣導(dǎo)累積漂移Δ(λ,L)，可以將其平均分配到慣導(dǎo)觀測的各拍位置數(shù)據(jù)當(dāng)中。

假定UUV在B點(diǎn)出水時(shí)刻，慣導(dǎo)共觀測到N拍位置數(shù)據(jù)，則UUV在水下的航行時(shí)間為(N-1)T，其中，T為慣導(dǎo)觀測一拍位置數(shù)據(jù)所需的時(shí)間。由于本發(fā)明將慣導(dǎo)的累積漂移視為時(shí)間的一次函數(shù)，因此，慣導(dǎo)在觀測每拍位置數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的漂移量Δ₁(λ,L)可以通過下式計(jì)算。

${\mathrm{\Δ}}_1(\mathrm{\λ},L)=\frac{1}{N-1}\mathrm{\Δ}(\mathrm{\λ},L)$

所述步驟四的具體實(shí)現(xiàn)過程為：

對于慣導(dǎo)觀測的第m拍位置數(shù)據(jù)(λ_m,L_m)，根據(jù)上式計(jì)算出的慣導(dǎo)的單拍漂移量Δ₁(λ,L)，可以推倒出第m拍修正后的離線標(biāo)圖位置，如下式所示。

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N

將慣導(dǎo)觀測的N拍位置數(shù)據(jù)逐一修正后，即完成了UUV的離線標(biāo)圖任務(wù)。