[发明专利]一种水下组合导航系统行进间对准与姿态估计方法

说明书

本发明涉及捷联惯性导航技术领域，具体涉及到一种水下组合导航系统行进间对准与姿态估计方法。在AUV水下组合导航系统进行行进间对准及姿态估计时，本发明先通过马氏距离方法判断观测信息是否被野值污染：如果判定DVL观测信息没有被污染，利用变分贝叶斯方法自适应观测噪声协方差矩阵；反之，如果DVL观测信息被污染，通过计算膨胀因子以衡量被污染程度，将膨胀因子引入变分贝叶斯方法自适应过程，自适应得到观测噪声协方差。最后通过VBRAKF状态估计得到高精度的水下运载体姿态信息以及导航信息。运用本发明方法进行组合导航，系统有着更高的导航精度，更强的可靠性，满足自主、精确水下长航时、长航程的导航定位能力。

技术领域

本发明涉及捷联惯性导航技术领域，具体涉及到一种水下组合导航系统行进间对准与姿态估计方法。

背景技术

自主式水下航行器(AUV)被广泛应用于国家海防建设、海洋资源勘探等军民领域。高精度、高可靠性的自主导航能力是AUV顺利完成任务的前提。捷联式惯性导航系统(SINS)由于结构简单、体积小、隐蔽性强、便于与其他设备集成化设计等优点,在水下定位导航与授时领域受到广泛关注，成为AUV自主导航定位的重要手段。SINS本质上是以牛顿第二定律为基础的积分推算系统，需要对惯性测量单元(IMU)的输出进行积分运算。因此，任何初始误差都会带入到积分运算系统使得误差不断累积，进而影响SINS长航时、远距离的导航定位精度。水下环境对全球导航卫星系统(GNSS)信号具有屏蔽作用，而多普勒计程仪(DVL)测速精度稳定，可为SINS提供实时外部速度辅助融合信息，SINS/DVL组合导航是当前水下导航的主流方案。

初始对准是SINS进行导航解算的前置步骤，高精度的初始对准技术是水下SINS/DVL组合系统长航时、远距离导航定位的重要保证。初始对准作为一种有效减小初始误差以提升导航精度的重要方法，一般分为粗对准和精对准两个阶段：粗对准将运载体的姿态快速地估计在一个较小的范围内，再通过精对准以获得更高的精度；精对准分为静基座精对准和行进间对准两种。静基座精对准要求运载体在起始阶段处于完全静止状态，先前的研究较多且技术已相对成熟。但由于风浪、水流等外部因素影响，水下初始对准难以满足静止条件，因此对水下行进间对准与姿态估计展开研究更具有现实意义。

在水下行进间对准与组合导航姿态估计过程中，外界环境复杂多变，水下生物、地形地质、水流变化等因素都会对DVL的输出速度产生影响，卡尔曼滤波建立的高斯无偏模型无法准确反映水下噪声。水下行进间对准面临的困难主要有：1)水下环境复杂导致高斯噪声模型不再适用；2)水下环境容易导致量测出现野值。