[发明专利]深海作业水下航行器组合导航系统及水下初始对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种深海作业水下航行器组合导航系统及水下初始对准方法，特别是一种适合航行器工作之前捷联式惯性导航系统初始对准或者长时间工作之后在不浮出水面的情况下进行再初始对准。

背景技术

水下导航定位是海洋开发活动与海洋高技术发展的基本前提，海洋开发需要获取大范围、精确的海洋环境数据，需要进行海底勘探、水下测量及水下工程等，现代海战也逐渐发展成为涉及太空、空中、陆地、海面、水下及海底多层空间的立体战争。所有这些都需要有海面与水下导航定位的支撑。

卫星导航定位系统的发展使整个地球表面以及地球的大部分外部空间实现全天候导航定位，为太空探索和开发提供了方便的导航和定位手段，同时，也使传统的测绘技术发生了飞跃性的质的变化。由于无线电波无法穿透水，特别是海水，因此，对于广大的江河湖泊、海洋等水下导航定位的需求，卫星定位系统无法满足。尽管无线电波不能在海水中传播，但是，声纳信号在海水中有很好的传播特性。通过声纳将无线电信号在水中的延续传播，可以实现水下航行器导航定位与探测。

水下声纳导航定位系统测量的都市相对于基线阵的坐标，属于独立的局部相对坐标系，卫星定位系统采用的是全球统一的空间直角坐标系，如果能够将两者集成到一个系统中，就可以实现陆地、海洋水下立体导航定位。

通常可以采用卫星定位系统和水声定位系统和水声导航定位系统的船级基集成实现全球坐标系统下的水下组合导航，该方案成为松散耦合方式。即通过水面船只链接卫星定位系统和水下声学系统，卫星定位系统测量船只的全球空间位置，水下声线定位系统测量水下目标与船只的相对坐标，通过坐标变换，求解水下目标在全球范围内的空间坐标。所有的卫星定位系统与水下声线系统组合系统都属于松散耦合系统。与之相对应的就是将卫星导航定位系统直接作为水声定位系统的一部分进行设计，完全集成到水声定位系统内部。卫星定位系统不仅需要提供空间位置，还需要提供其他相关的信息，一旦卫星定位系统不能工作，水声定位系统也不能够独立工作，这种模式称为紧耦合集成。水下卫星系统和卫星智能浮标系统都是紧耦合集成系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实现水下组合导航捷联式惯性导航系统，旨在解决现有技术在水下定位方面存在初始对准需要浮出水面对准的问题。

本发明的目的还在于提供一种实现水下组合导航捷联式惯性导航系统的水下初始对准方法，以更好地解决现有技术中的上述问题。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明深海作业水下航行器组合导航系统，包括卫星星座、差分卫星基准站、卫星浮标系统、水下导航收发机和船基数据控制中心，其中卫星星座与差分卫星基准站无线通信，差分卫星基准站和卫星浮标系统分别通过海面无线电通信链路与船基数据控制中心连接，水下导航收发机通过水下声通信链路与卫星浮标系统连接，水下导航收发机和船基数据控制中心通过水下声通信链路双向连接。

深海作业水下航行器组合导航系统水下初始对准方法包括以下步骤：

(1)船基数据控制中心向水下航行器的水下导航收发机发送一个请求定位的声纳脉冲信号；

(2)水下导航收发机向卫星浮标系统发射水声定位信号；

(3)卫星浮标系统接收到水声定位信号后，将水声定位信号数据及接收到的卫星信号数据进行编码和调制得到无线电信号，利用海面无线电通信链路将无线电信号传送到船基数据控制中心；

(4)船基数据控制中心将各卫星浮标系统的无线电信号进行计算得到水下航行器的位置；

(5)船基数据控制中心将计算出的水下航行器的位置和水声定位信号发射时刻进行编码和调制得到调制信号，利用水声发射器将调制信号发射到水下导航收发机；水下导航收发机根据调制信号计算出导航参数和当前时刻。

优选地，步骤(5)所述的水下导航收发机根据调制信号计算出导航参数和当前时刻的方法包含如下步骤：

(a)水下导航收发机定位数据采集：采用组合导航计算机以周期T_G持续读取水下导航收发机接收到的导航信息即调制信号，并进行解读，取得航行器的实时三维位置、三维速度和航向角ψ和时间t，其中，三维位置包括经度λ、维度L和高度H，三维速度包括当地地理坐标系下的东向速度V_E、北向速度V_N和天向速度V_U；