[发明专利]一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法

说明书

本发明公开了一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法，包括：步骤S1：安装GNSS双天线，利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时；步骤S2：在航行过程中，采集同一时刻的惯性导航系统的航向数据和GNSS双天线位置处的定位数据；步骤S3：删除影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S4：删除不影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S5：利用同一时刻GNSS双天线系统采集的有效定位数据，得到航向数据，与同一时刻惯性导航系统进行比对，实现惯性导航系统航的校准。本发明具有成本低廉、易于实施、GNSS定位异常数据删除准确率等优点，可有效提高无人水面舰艇惯性导航系统的航向校准精度。

技术领域

本发明主要涉及到无人水面舰艇技术领域，特指一种基于GNSS(GlobalNavigation Satellite System,全球卫星导航定位系统)定位异常数据删除的无人水面舰艇动态航向测量校准方法。

背景技术

无人水面舰艇(Unmanned Surface Vessel，USV)是一种具备自主航行能力、通过搭载先进的控制系统、传感器系统、通信系统或者武器系统遂行多样化作业的水面运动载体。与传统的有人驾驶舰船相比，其具有机动性好、自动化程度高、使用成本低廉等优点，能够在危险、恶劣的环境中执行有人驾驶舰船难以完成或者无法完成的任务，在军用和民用领域均有广泛的应用前景。

高精准的航向数据是无人水面舰艇机动和遂行任务的前提和基础。目前通常采用高精度的惯性导航系统为无人水面舰船提供航向信息，惯性导航系统主要陀螺仪和加速度计组成，受陀螺仪和加速度计累积误差的影响，导致航向误差随着时间累积甚至发散；因此，研究设计高时效、高可靠的航向校准技术，确保惯性导航系统航向数据不受时间累积误差的影响，对于有效提升无人水面舰艇在实际工作环境下的作业效率，促进水面无人舰艇技术进一步发展与应用具有重要的理论意义和实用价值。

为此，有从业者卞鸿巍、马恒、金志华、朱涛等人在其发表的论文《基于光学全站仪的航向标校系统》中提出了一种采用双全站仪的航向标校方案,该方案对载体采用四点测向测距方式,实现了较高精度的航向测量。该类方法的不足之处在于：光学全站仪测量距离范围有限，目前主流的光学全站仪测量距离≤2km，且光学类的测量设备在能见度低、气候恶劣的雾霾、雨雪等环境中难以使用，无法满足运动载体大范围、全天候、实时测量校准的需要。

另有从业者白玉栋、李景岩等人在其发表的论文《基于双天线测向的航向对准数据处理方法研究》提出了动态条件下利用GNSS双天线测向方法对舰船航向的进行对准检查。这类基于无线电的测向系统具有测量时间短、测量精度高、不受环境中能见度因素影响等优点，但是GNSS系统在受到电离层、多路径等外界因素干扰时会导致测量异常定位数据出现，对测量到的定位数据不进行异常定位数据删除处理，极有可能会对惯性导航系统的校准会引入极大的偏差。

另有从业者杨钊、王建华、吴玉平等人在其发表于《计算机测量与控制》期刊上的论文《卡尔曼滤波在无人艇双天线定位测向系统的应用》针对无人水面艇双天线GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位测向系统的定位误差问题,利用卡尔曼滤波算法对采集到的GPS的定位数据进行滤波处理,所提出的方法在仿真实验中取得了很好的测向效果。该类方法的不足之处在于：卡尔曼滤波方法使用前提条件是必须有精确的数学模型和精准的噪声参数，实际应用中，系统的数学模型、噪声参数是难以精确构建和精准计算，且卡尔曼滤波算法只根据先验的数学模型参数和噪声参数，而不是实时的测量参数进行滤波，当实际测量结果与先验矩阵模型参数及噪声统计参数差别较大时，计算结果将发散，失去滤波效果，因此采用卡尔曼滤波对GPS定位数据进行滤波仿真实验中效果明显，但难以满是实际的使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种成本低廉、易于实施、定位数据异常定位数据删除准确的无人水面舰艇动态航向测量校准方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：