[发明专利]一种水下拖体航位推算系统初始位置在线获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下拖体航位推算系统初始位置在线获取方法，用于在线确定直线航行状态下深海水下拖体DR系统的初始位置，特别适用于水下拖体直线航行运动过程中在线确定DR系统初始位置。

背景技术

深海拖曳系统可以在近海底条件下进行海底地形地貌勘探和海底视像观察和记录，是调查深海矿产资源最经济有效的手段。基于声学原理的水声定位系统、DVL和基于惯性器件原理的陀螺罗经是水下拖体常用的导航子系统：水声定位系统输出水下拖体位置信息，波动较大；对罗经和DVL输出数据进行航位推算计算也可以得到拖体的位置信息，但是其位置误差随时间积累而发散。由于不同导航方法具有不同优缺点，采用单一导航手段不能得到很好的定位效果。航位推算(Dead Reckoning,DR)/水声定位系统组合定位既能抑制DR系统随着时间增加由误差累积引起的误差发散，又能平滑水声定位系统输出位置的波动。在水声定位系统短时间失效的情况下，可以依靠DR进行导航定位。DR系统的初始位置精度影响DR系统性能，也影响DR/水声组合定位系统导航数据的性能。在对姿态和速度平稳性有较高要求的水下精确测绘等领域，对DR系统的初始位置精度要求更高。

水下导航信息贫乏，通常只能以水声定位系统输出的位置信息作为DR系统的初始位置。水声定位系统是根据声波在水底应答器和载体接收机间传播的时间来确定距离进而进行定位的，受声速误差、航行噪声和载体摇摆等影响，整体数据的优劣程度不一，表现为数据波动较大。所以，需要从一段时间内水声定位系统输出的位置信息中计算提取出DR系统需要的初始位置。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服水声定位系统直接提供DR系统初始位置信息误差波动大的不足，提出一种水下拖体航位推算系统初始位置在线获取方法，该方法综合了DR系统和水声定位系统的特点，通过平移DR航行轨迹，得到了在确定运动趋势约束下的最优轨迹，并依据轨迹求出初始位置。水下运载体高度信息由深度计提供，所以实际应用时本方法只考虑二维平面内的初始位置信息，即经、纬度信息。

本发明的技术解决方案为：水下拖体航位推算系统初始位置在线获取方法，其特点在于通过下列步骤实现：

(1)在线采集并存储初始定位时间段内深海水下拖体的水声定位传感器、罗经和DVL的输出数据，其中初始定位时间根据实际情况确定，通常采用1～2分钟；

(2)对上述数据进行数据预处理；

(3)利用水声定位系统初始位置、罗经和DVL的输出数据进行航位推算，得到DR系统航行轨迹；

(4)平移DR系统航行轨迹，直至水声定位系统位置数据到该直线距离平方和最小，得到了在确定运动趋势约束下的最优航行轨迹；

(5)依据该航行轨迹获得初始位置。

所述步骤(2)中的数据预处理方法为：首先对水声定位系统、罗经和DVL输出数据，应用3σ准则进行去野值运算。然后根据时间标签对上述三种传感器的输出数据进行时间对齐、频率匹配和单位统一。

所述步骤(3)中的DR方法为：通过罗经提供的姿态信息和DVL提供的速度信息可以计算出水下拖体载体系下的速度在导航系下的投影，进而通过积分运算计算得出水下拖体的位置信息，具体计算方法如下：

利用罗经测得的姿态信息，采用方向余弦矩阵可以描述载体系到导航系的转换关系，则有：