[发明专利]一种运动效应影响下的惯性/超短基线组合导航方法

说明书

本发明公开了一种运动效应影响下的惯性/超短基线组合导航方法，本发明针对航行器在运动条件下由于声信号发射、接收时刻位置的变化，导致斜距计算误差的问题，根据声信号在超短基线水听器基阵与应答器之间的往返时延，结合已知水下声速和声信号发射、以及接收时刻的惯导位置，建立了新的斜距量测模型，设计一种基于递推滤波的惯性/超短基线组合导航方法，有效地提高了动态环境下的惯性/超短基线组合导航定位精度。

技术领域

本发明属于基于惯性/超短基线组合导航方法的水下导航技术领域，特别是涉及一种运动效应影响下的惯性/超短基线组合导航方法。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)由于其自主性好、隐蔽性强、短时间内精度高等优点，已广泛应用于水下航行器的自主导航与定位。惯性导航可以全天候的提供姿态、速度、位置的全方位信息，拥有其他导航传感器不可比拟的优点，因此成为水下航行器导航定位的首选。虽然惯性导航技术日益成熟，然而其定位误差随时间积累需要定期重调以保证一定精度的这一根本特性却无法改变，因此，世界各国都在探索惯性导航的系统误差校准方法。

由于声波在水下的传输距离远，信号衰减损失小，因而水声导航被广泛应用于水下航行器的导航与定位中。超短基线定位系统由于其无需实现布放基阵，具有更高的便携性以及独立性，而在水下航行器中广泛应用。水下环境的复杂性、作战任务的多样性、以及水下航行器机动性，这些因素导致单一的超短基线导航定位或惯性导航已不能满足载体导航的需求。惯性导航和超短基线在原理和应用上可以相互辅助，相互补充，以惯性导航为核心，辅以超短基线定位技术的组合导航系统的研究已成为当前水下航行器的重要研究方向，采用惯性/超短基线的组合导航系统对于水下航行器高精度长时航行具有重要的理论意义和实用价值。

超短基线定位中，传统的斜距计算方式，忽略了声信号收发时刻位置的变化，会给斜距计算带来一定的误差。因此，考虑动态环境下的运动特性，对提高惯性/超短基线组合导航精度至关重要。

发明内容

针以上问题，本发明旨在提供一种运动效应影响下的惯性/超短基线组合导航方法，通过状态转移矩阵统一信号收发时刻的误差状态，利用声信号在应答器与水听器基阵之间的往返时延作为观测量，建立新的惯性/超短基线组合导航量测模型，以达到克服由于运动导致斜距计算误差对定位精度影响的目的。

本发明提供一种运动效应影响下的惯性/超短基线组合导航方法，包括如下步骤：

(1)建立惯性/超短基线组合导航的状态方程模型；

步骤(1)中，建立惯性/超短基线组合导航的状态方程模型：

将惯导的位置误差、速度误差、姿态误差作为系统状态量，得：

其中，[φ_E φ_N φ_U]^T表示姿态的失准角误差，[δV_E δV_N δV_U]^T表示速度误差，[δL δλ δh]^T表示位置误差，[ε_x ε_y ε_z]^T表示陀螺仪的零偏，表示加速度计的零偏；

因此，组合导航的状态方程为：

其中，F(t)表示状态转移矩阵，根据捷联惯导误差方程设置，W(t)表示过程噪声矩阵；

(2)建立惯性/超短基线组合导航的方位角量测方程模型；

步骤(2)中，建立惯性/超短基线组合导航的方位角量测方程模型，具体为：

方位角的量测方程表达式为：