[发明专利]一种用于水下无人航行器在极区导航的初始精对准方法

说明书

技术领域

本发明属于水下无人航行器导航的初始对准方法领域，尤其涉及在极区环境下，基于粗对准算法的结果，即小失准角的前提下的初始精对准的方法。

背景技术

水下无人航行器是重要的水下智能装备，具有自主性、隐蔽性、智能性等优点。在海洋资源探索、失事飞机搜寻、水下管道检测等方面发挥着重要的作用。由于不需要人类在航行器中进行操作，水下无人航行器可以在较为恶劣的情况下工作。如极区，恶劣的自然环境和导航环境为人类探索极区带来了困难。由于具有极高的自主性和隐蔽性，捷联惯导系统广泛用于水下无人航行器导航过程中，特别是传统的指北方位力学编排算法。但是，指北方位捷联惯导系统在极区应用过程中会存在导航误差放大和计算溢出等问题，因而在水下无人航行器的极区导航初始对准和极区导航过程中无法应用。传统的水下无人航行器导航初始精对准算法在极区应用时存在问题，因而水下无人航行器在极区导航时，需要一种新的初始精对准方法实现水下无人航行器高精度的初始精对准。

黄德鸣等人在《惯性导航系统》(国防工业出版社，1978年出版)书中曾简要提到过格网坐标系的概念，但并未针对此坐标系设计导航算法。周琪等人在《极区飞行格网惯性导航算法原理》(发表于期刊《西北工业大学学报》，2013年，第31卷，02期)文章中，提出了一种适用于大飞机的飞行格网导航算法，可以帮助大飞机成功完成极区飞行任务，但是水下无人航行器的特点和导航需求与大飞机截然不同，且并未提及极区导航的前提相关算法，即极区初始精对准。因而该算法无法直接应用于水下无人航行器在极区航行过程中的初始精对准。由于地理经线在极点附近快速收敛，使得传统导航精对准在极区应用时存在计算溢出和误差放大等问题，因而传统的用于水下无人航行器非极区导航精对准算法在极区无法应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水下无人航行器在极区导航的初始精对准方法，解决水下无人航行器的传统导航精对准方法在极区无法应用的问题。

步骤一：完成极区粗对准，得到水下无人航行器极区导航粗对准结果；

步骤二：输入水下无人航行器精对准时间t、滤波周期T，计算滤波总次数N，并令初始滤波次数K为0；

步骤三：滤波次数K加1；

步骤四：水下无人航行器利用自身携带的惯性导航系统，建立格网坐标系下惯性导航系统的力学编排模式，建立水下无人航行器格网力学编排下的状态方程；

步骤五：选择精对准的观测校正形式，量测量选为：

量测方程为：

其中，为Z的导数；H为量测矩阵；V为量测噪声，且为高斯白噪声，

H＝[0_3×3 I_3×3 0_3×3 0_3×3 0_3×3]^T；

步骤六：根据设计得到的水下无人航行器在极区导航的初始精对准算法的状态量、状态方程、量测量、量测方程，进行卡尔曼滤波估计融合，从而得到水下无人航行器在极区导航的初始精对准结果；

步骤七：判断当前滤波次数K是否大于等于总滤波次数N：当不满足K≥N时，则跳转至步骤二重复执行；当满足K≥N时，则水下无人航行器极区初始精对准过程结束。

本发明建立水下无人航行器格网力学编排下的状态方程过程为：

选择水下无人航行器姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺漂移、加速度计漂移为状态变量，即：

其中，φ^G为水下无人航行器在格网坐标系下的姿态误差；δV^G为水下无人航行器在格网坐标系下的速度误差；δR^e为水下无人航行器在格网坐标系下的位置误差；ε^b为陀螺漂移；为加速度计漂移；

结合水下无人航行器格网导航力学编排和误差方程推导，得到水下无人航行器极区组合导航系统状态方程为：