[发明专利]一种基于稀疏长基线紧组合的AUV水下导航方法

说明书

本发明涉及一种基于稀疏长基线紧组合的AUV水下导航方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、在AUV的某作业区域内，主滤波器通过与水下应答器a和水下应答器b进行稀疏长基线测距紧组合，对导航设备和声学测距信息进行误差校正；步骤2、当AUV即将超出预先布放的两个水下应答器作用范围时，布放两个后续水下应答器，利用局部滤波器估计两个后续布放应答器的位置信息，当标定的位置精度达到要求时进入主滤波器，主滤波器融合后续的水下应答器进行水下AUV紧组合导航；当AUV运行区域超出了当前水下应答器的水声作用范围后，AUV再次与后续水下应答器进行水下AUV紧组合导航，并重复执行上述过程。本发明节约应答器的布放成本，有效提升了AUV水下导航精度。

技术领域

本发明属于惯性导航与水声定位技术领域，涉及AUV水下导航方法,尤其是一种基于稀疏长基线紧组合的AUV水下导航方法。

背景技术

目前，惯性导航系统(INS)为水下自主式航行器(AUV)在复杂的海洋环境执行任务与使命时不间断的提供载体姿态、速度和位置等信息，是保证其航行安全性、有效完成水下作业任务的关键。依靠单一的水下导航方式无法满足水下AUV高精度、长时间的定位需求，通常采用以惯性导航为核心的多源信息融合技术。

传统的长基线(LBL)水声定位技术是在海底以一定的几何形状布设4个水下应答器，使用时各应答器位置需要预先进行精密测量，通过测量安装在被测目标上的声学设备发出的应答信号来确定水下应答器与载体之间的相对位置，进而确定被测目标的位置坐标。

但传统的长基线(LBL)水声定位技术需要预先精确标定出应答器的位置，应答器的布放成本高，而且，由于AUV的任务区域受声学基阵配置范围的限制，导致其存在执行范围小、航行时间短，无法确保安全可靠作业的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设计合理、操作成本低且安全可靠的基于稀疏长基线紧组合的AUV水下导航方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于稀疏长基线紧组合的AUV水下导航方法，包括以下步骤：

步骤1、在AUV的某作业区域内，预先布放水下应答器a和水下应答器b，主滤波器通过与水下应答器a和水下应答器b进行稀疏长基线测距紧组合，对导航设备和声学测距信息进行误差校正，进而完成水下AUV紧组合导航；

步骤2、当AUV即将超出预先布放的两个水下应答器作用范围时，布放两个后续水下应答器，利用局部滤波器估计两个后续布放应答器的位置信息，并当两个后续布放应答器的位置信息达到精度要求时进入主滤波器，主滤波器融合后续的水下应答器进行水下AUV紧组合导航，采用紧组合算法得到最终结果，同时反馈校正导航设备内部状态信息，抑制自身导航设备误差的发散增长；当AUV运行区域超出了当前水下应答器的水声作用范围后，AUV再次与后续水下应答器进行水下AUV紧组合导航，并重复执行上述过程。

而且，所述步骤1的主滤波器通过与水下应答器a和水下应答器b进行稀疏长基线测距紧组合，对导航设备和声学测距信息进行误差校正的具体步骤包括：

(1)获得水下应答器a和水下应答器b的位置信息；

地球坐标系中，水下应答器a和水下应答器b的位置分别为(x_a,y_a,z_a)、(x_b,y_b,z_b)，可利用如下所示的地理坐标系转换到地球坐标系公式得到：

其中：

x,y,z为地球坐标系中位置坐标；

L,λ,h为地理坐标系中大地纬度，大地经度和大地高度；