[发明专利]一种水下滑翔器导航定位系统及上浮精度校正方法

说明书

本发明公开了一种水下滑翔器导航定位系统及上浮精度校正方法，该水下滑翔器导航定位系统包括微机电系统惯性测量单元，全球卫星定位系统接收模块，三轴磁力计，多普勒测速仪以及组合导航硬件处理系统。针对上浮精度校正过程中，会受到外界恶劣天气、海浪波动、船舰遮挡等因素的影响，使得多传感器数据融合算法的导航精度降低，定位发散甚至失效的问题，本发明建立的一种基于多重自适应渐消因子的H∞卡尔曼滤波算法来保证滑翔器导航定位的鲁棒性和自适应性。克服了极端恶劣条件下的水下滑翔器在上浮校正时，传统组合导航算法所导致的导航定位精度降低、发散以至于滑翔器无法继续正常工作的问题。最终实现水下滑翔器的准确定位。

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及了水下滑翔器的导航定位方法，具体是一种水下滑翔器导航系统的上浮精度校正方法，该方法满足在极端恶劣情况下，水下滑翔器的上浮校准精度仍达到一定要求，提高导航系统的鲁棒性和自适应性，最终实现水下滑翔器的准确定位。

背景技术

水下滑翔器是一种用于海洋探索和资源开发的重要工具。水下滑翔器工作过程中本身运动并不剧烈，从而采用低成本、低功耗、长航时的微机电系统惯性测量单元(MEMS-initial measurement unit)足以符合导航定位要求。但滑翔器长时间的水下工作以及在干扰条件下(包括洋流涌动、磁场干扰等)，会产生较大的定位累积误差，因此滑翔器需要上浮至水面，利用高精度的全球定位系统(GPS) 信号以及数据融合算法对其定位进行校正。但是上浮精度校正过程中，会受到外界恶劣天气、海浪波动、船舰遮挡等因素的影响，使得多传感器数据融合算法的导航精度降低，定位发散甚至失效。

因此，如何在极端恶劣条件下，保证水下滑翔器上浮精度校正工作的稳定性和精确性成为了水下滑翔器准确定位的重要问题。

发明内容

发明目的：针对滑翔器处于上浮校正状态时，可能受到外界恶劣天气、海浪波动、船舰遮挡等因素的影响的问题，本发明目的在于提供一种水下滑翔器导航定位系统及上浮精度校正方法，通过多传感器数据融合算法来保证滑翔器导航定位的鲁棒性和自适应性，以克服极端恶劣条件下的水下滑翔器在上浮校正时，传统组合导航算法所导致的导航定位精度降低、发散以至于滑翔器无法继续正常工作的问题，最终实现水下滑翔器的准确定位。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下滑翔器导航定位系统，包括：微机电系统惯性测量单元 (MEMS-IMU)，全球卫星定位系统接收模块(GPS)，三轴磁力计，多普勒测速仪(DVL)，以及组合导航硬件处理系统。所述MEMS-IMU集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪，输出的三轴加速度和角速率信息通过惯性导航算法得到水下滑翔器的姿态、速度和位置导航信息；所述三轴磁力计用于校正滑翔器的航向信息，所述多普勒测速仪用于判断水下滑翔器的运动状态；所述GPS用于滑翔器上浮校正操作中，与MEMS-IMU组成GPS/INS位置速度校正的松组合导航系统，利用组合导航滤波器算法，校正滑翔器的速度、位置误差；所述组合导航硬件处理系统用于三轴磁力计、GPS、MEMS-IMU以及DVL信号的接收处理与时钟同步工作，以及组合导航多传感器信息的算法解算工作。

作为优选，所述水下滑翔器导航定位系统具有两种运行状态：水下工作状态和上浮校正状态；若导航定位误差过大，则滑翔器停止实时工作，由水下工作状态切换为上浮校正状态；当GPS/INS组合导航系统的速度、位置误差小于设定阈值时，则滑翔器由上浮校正状态切换为水下工作状态，继续工作。

作为优选，水下工作利用MEMS-IMU和三轴磁力计输出的信号，采用基于互补滤波的四元数算法完成滑翔器的导航定位。