[发明专利]一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法，包括导航解算模块、全球定位系统模块、捷联惯性导航接收模块、多普勒测速模块，信息融合滤波模块。捷联惯性导航接收模块中的光纤陀螺仪、加速度计、磁力计输出导航姿态、速度、位置初始信息，利用动态Allan方差方法对光纤陀螺仪输出数据进行误差处理校正，将处理后的数据通过导航解算模块得到载体的速率、位置、姿态信息，最后通过信息融合滤波模块将载体的速率信息进行融合、滤波误差校正，实现水下深潜器的精准定位。本发明实现了高精度、高可靠性、强实时性的水下深潜器定位与导航，克服了传统导航系统位置信息精确度的不足。

技术领域

本发明涉及水下深潜器的导航装置领域，尤其涉及一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法。

背景技术

随着电子计算机技术特别是微机技术的迅猛发展和现代控制理论的进步，从20世纪70年代开始，组合导航技术开始迅猛发展起来。早期的组合导航系统道常是由陀螺罗经或平台罗经测得航向，由电磁计程仪或多普勒声纳测定航速进行推算舰位，并用罗兰c或奥米加等对推算舰位进行校准，这样就构成了组合导航系统，但这样的导航系统满足不了现在科技发达的导航精度，所以人们都在探索一种高精度的导航定位系统及方法。

捷联惯性导航技术近年来成为国内国外的研究热点，由于光纤陀螺精度的不断提高和实际应用，为捷联惯性导航技术的研究注入了新的活力。光纤陀螺捷联惯导系统的优势在于：一、用光纤陀螺代替了机械式陀螺，二、数学平台代替了物理平台。由于具有的一系列的优点，它将逐断取代平台式惯导系统，并且已经成为捷联惯导系统主要发展趋势。

由于捷联惯性导航系统具有自主性、信息参数全面性、短时高精度等优点，但其受系统初始误差(对准误差)、惯性器件误差等原因的影响，其位置误差会随时间积累而发散，长航时运行条件下将导致测量精度严重下降；全球卫星导航系统(GNSS)是一种高精度的全球实时卫星导航系统，其定位的全球性和高精度，使之成为一种先进的测量方式。但是GNSS也存在着一些不足之处，主要是系统的工作受载体机动的影响较大，容易受到干扰和人为控制。

发明内容

发明目的：针对现有技术中捷联惯性导航系统长航运行时误差大的问题，本发明提供一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位系统及方法。

技术方案：一种用于水下深潜器的光纤捷联惯性导航高精度定位方法，包括以下步骤：

(1)水下深潜器入水前，对捷联惯性导航系统用卡尔曼滤波进行初始对准；

(2)水下深潜器入水后，捷联惯性导航接收模块中的光纤陀螺仪测量载体初始角速率，并利用动态Allan方差方法对载体初始角速率进行修正；捷联惯性导航接收模块中的加速度计、磁力计输出载体初始位置、速度信息；

多普勒计程仪、地形地磁传感器输出载体的速度、位置、姿态信息；

(3)不断调节引起光纤陀螺仪输出数据改变的参数，分析不同参数下光纤陀螺仪输出载体角速率的稳定性，并判断动态Allan方差方法校正后的稳定程度，同时分析出使光纤陀螺仪输出数据稳定的参数，从而调节出准确的角速率，计算载体的姿态信息；

(4)将捷联惯性导航接收模块输出的载体初始速度、位置及姿态信息通过导航解算模块得到解算后的载体速度、位置、姿态信息；

(5)将步骤(4)解算后的载体速度、位置、姿态信息与多普勒测速模块、地形地磁传感器输出的载体速度、位置、姿态信息，输入到信息融合滤波模块中，根据数据类型相同、数据特征相同的准则对两部分数据进行筛选，通过卡尔曼滤波技术与神经网络技术进行滤波校正、误差处理得到准确的导航信息。

进一步的，步骤(2)中，动态Allan方差方法为已知光纤陀螺仪受外界温度的影响，通过动态Allan方差和时频域分解方法对光纤陀螺仪输出角速率进行补偿并处理，从而得到高精度的姿态信息。