[发明专利]水下地形匹配辅助惯性导航定位方法及其定位系统

说明书

本发明公开了水下地形匹配辅助惯性导航定位方法及其定位系统，主要包括以下步骤：(1)提出闭环运用卡尔曼滤波最优估计、开环运用速度回溯进行误差补偿；(2)提出顾及水下潜航器姿态角的精确三维声线跟踪模型，并给出波束脚印内采样点的提取方法；(3)提出基于水深约束和分形维理论Delauney三角网建立水下数字地形模型方法；(4)提出基于灰色决策理论的水下地形适配区评价方法；(5)提出基于自适应高斯和滤波的水下地形匹配辅助导航方法。本发明运用了闭环和开环的误差补偿方法，较大地削弱了惯导系统的累积误差，并通过构建高精度高分辨率的水下数字地形模型和提出自适应高斯和滤波算法，极大地提高了水下潜航器导航定位的精度。

技术领域

本发明涉及水下地形匹配辅助惯性导航技术，特别涉及水下地形匹配辅助惯性导航定位方法及其定位系统。

背景技术

海洋开发和利用海洋资源，尤其是开发海底矿物和油气资源作为我国“海洋强国”战略的一个非常重要组成部分，而水下地形匹配辅助惯导技术为海底资源的探测提供高精度的位置坐标，并具有隐蔽性，便于更高效地开发海底资源，在海洋经济发展中扮演着不可或缺的基础保障作用。随着海洋产业的迅速发展，如在海底打捞、渔业资源开发、海底电缆铺设、跨海大桥建设、海底矿物和油气资源开发等方面，需要提供水下目标的精确坐标，便于更快捷、更高效地开发利用这些资源。同时，在军事领域，潜艇在整个国防战略中的地位也越来越重要，随着艇载导弹发射精度和水下工程精密性要求的提高，水下潜航器自身对位置的精度要求也就越来越高，尤其是在长时间、远距离、深海条件下航行时，如何获取高精度的载体位置也成为水下潜航器最主要的性能指标之一。目前，惯性导航系统(InertialNavigation System，INS)的定位误差随时间推移而累积，无法满足水下潜航器长时间隐蔽地在水下航行的高精度定位需求(Anonsen et al.,2007)，而海底地形体现出丰富的地形特征，可通过地形匹配辅助惯性导航系统消除长期累积的误差，因此，基于多源数据的水下高精度组合导航技术研究迫在眉睫。

地形匹配导航研究已有30多年的历史，作为INS的辅助手段，地形匹配在陆地范围内应用于飞机和导弹上较多。而水下地形匹配辅助导航是在陆地地形匹配辅助导航的基础上新发展起来的一项辅助INS进行水下导航的技术，可为AUV、ROV等水下潜航器提供导航定位服务(Zhang et al.,2012)。近几十年来，随着世界各国对海洋资源开发和海洋科学研究的力度不断加大，以及海洋测量设备的不断进步更新，地形匹配辅助惯性导航系统因其导航精度较高、无累积误差且费效比低等优点，引起了国内外学者的广泛关注。