本發(fā)明屬于慣性基導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)，尤其涉及一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

1、自主水下航行器(autonomous?underwater?vehicle,auv)是一種活躍于水下環(huán)境并可回收利用的智能化裝置，具有自主性高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、生產(chǎn)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。導(dǎo)航定位是auv的核心技術(shù)，可為auv提供精確的姿態(tài)、速度和位置信息，是auv能否完成指定任務(wù)并順利返航的前提和關(guān)鍵。

2、初始對(duì)準(zhǔn)是auv導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)的首要工作，初始對(duì)準(zhǔn)精度很大程度上決定了導(dǎo)航系統(tǒng)的精度。因此適用于auv的高性能初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)已成為auv導(dǎo)航定位領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

3、由于水下環(huán)境復(fù)雜，水介質(zhì)對(duì)無(wú)線電信號(hào)有強(qiáng)吸收效應(yīng)，無(wú)法通過全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss)獲取緯度，進(jìn)而無(wú)法計(jì)算出地球自轉(zhuǎn)角速度相關(guān)分量及重力加速度矢量等必要信息，從而使得sins/dvl組合導(dǎo)航系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)受到制約。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法及裝置，提出了慣性系觀測(cè)矢量與緯度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)緯度的高精度估計(jì)，為導(dǎo)航系統(tǒng)提供了初始對(duì)準(zhǔn)信息。

2、本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，包括以下步驟：

3、獲取n時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)量，根據(jù)狀態(tài)估計(jì)量確定重構(gòu)觀測(cè)矢量

4、根據(jù)n時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量和n/2時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量計(jì)算初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在n/2時(shí)刻到n時(shí)刻的積分以及初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在0到n/2時(shí)刻的積分基于和確定n時(shí)刻的緯度估計(jì)值；

5、根據(jù)緯度估計(jì)值生成n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣。

6、進(jìn)一步地，根據(jù)n時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量和n/2時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量計(jì)算初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在n/2時(shí)刻到n時(shí)刻的積分以及初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在0到n/2時(shí)刻的積分包括：

7、

8、進(jìn)一步地，基于和確定n時(shí)刻的緯度估計(jì)值方法為：

9、

10、其中，表示緯度估計(jì)值，ωie表示地球自轉(zhuǎn)角速率。

11、進(jìn)一步地，根據(jù)緯度估計(jì)值生成n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

12、根據(jù)n時(shí)刻的緯度估計(jì)值計(jì)算參考矢量；

13、計(jì)算n時(shí)刻的參考矢量和n/2時(shí)刻的參考矢量計(jì)算參考矢量差；

14、根據(jù)參考矢量差和觀測(cè)矢量差確定初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣；

15、根據(jù)初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣計(jì)算n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣。

16、進(jìn)一步地，根據(jù)n時(shí)刻的緯度估計(jì)值計(jì)算參考矢量包括：

17、

18、其中，表示參考矢量，g表示重力加速度。

19、進(jìn)一步地，計(jì)算n時(shí)刻的參考矢量和n/2時(shí)刻的參考矢量計(jì)算參考矢量差包括：

20、

21、其中，表示n時(shí)刻的參考矢量差，表示n/2時(shí)刻的參考矢量。

22、進(jìn)一步地，根據(jù)參考矢量差和觀測(cè)矢量差確定初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

23、

24、其中，表示參考矢量差，表示初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣。

25、進(jìn)一步地，根據(jù)初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣計(jì)算n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

26、

27、其中，表示n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，表示初始導(dǎo)航坐標(biāo)系和n時(shí)刻導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，表示n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和初始載體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣。

28、本發(fā)明的另一種技術(shù)方案：一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)裝置，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法。

29、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明推導(dǎo)了慣性系觀測(cè)矢量與緯度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)緯度的高精度估計(jì)，利用估計(jì)出的緯度信息推導(dǎo)參考矢量，并設(shè)計(jì)魯棒濾波有效剔除觀測(cè)矢量中的野值誤差，提高sins/dvl組合導(dǎo)航系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)精度和抗差能力，結(jié)合緯度估計(jì)過程的中間時(shí)刻矢量信息，消除dvl初始速度誤差對(duì)對(duì)準(zhǔn)過程的影響。

技術(shù)特征：

1.一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)n時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量和n/2時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量計(jì)算初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在n/2時(shí)刻到n時(shí)刻的積分以及初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量gb0在0到n/2時(shí)刻的積分包括：

3.如權(quán)利要求2所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，基于和確定n時(shí)刻的緯度估計(jì)值方法為：

4.如權(quán)利要求2或3所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)所述緯度估計(jì)值生成n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

5.如權(quán)利要求4所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)n時(shí)刻的所述緯度估計(jì)值計(jì)算參考矢量包括：

6.如權(quán)利要求5所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，計(jì)算n時(shí)刻的參考矢量和n/2時(shí)刻的參考矢量計(jì)算參考矢量差包括：

7.如權(quán)利要求6所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)所述參考矢量差和觀測(cè)矢量差確定初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

8.如權(quán)利要求7所述的一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法，其特征在于，根據(jù)初始載體坐標(biāo)系和初始導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣計(jì)算n時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣包括：

9.一種sins/dvl組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)裝置，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種SINS/DVL組合導(dǎo)航無(wú)緯度初始對(duì)準(zhǔn)方法及裝置，獲取N時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)量，根據(jù)狀態(tài)估計(jì)量確定重構(gòu)觀測(cè)矢量根據(jù)N時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量和N/2時(shí)刻的重構(gòu)觀測(cè)矢量計(jì)算初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量g<supgt;b0</supgt;在N/2時(shí)刻到N時(shí)刻的積分以及初始載體坐標(biāo)系中的重力矢量g<supgt;b0</supgt;在0到N/2時(shí)刻的積分基于和確定N時(shí)刻的緯度估計(jì)值；根據(jù)緯度估計(jì)值生成N時(shí)刻載體坐標(biāo)系和導(dǎo)航坐標(biāo)系的方向余弦矩陣；本發(fā)明推導(dǎo)了慣性系觀測(cè)矢量與緯度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)緯度的高精度估計(jì)，利用估計(jì)出的緯度信息推導(dǎo)參考矢量，并設(shè)計(jì)魯棒濾波有效剔除觀測(cè)矢量中的野值誤差，結(jié)合緯度估計(jì)過程的中間時(shí)刻矢量信息，消除DVL初始速度誤差對(duì)對(duì)準(zhǔn)過程的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：胡高歌,李向上,高兵兵,常路賓,張倩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10