[发明专利]一种基于SVM的AUV舰位推算导航误差实时修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种水下无人航行器导航控制方法。具体地说是一种基于支持向量机的AUV舰位推算导航误差实时修正方法。

背景技术

导航问题是航天、航空及航海技术中非常重要的内容之一。对于水下航行器，由于条件限制，导航问题尤其突出。

由多普勒计程仪、罗经和姿态传感器组成的多普勒导航系统，采用舰位推算的方法，属于自主导航，是远程自主水下潜航器在成本和精度上都能够接受的一种导航定位的方式，但多普勒导航系统中几种传感器都存在误差且定位误差随着时间发散，如不消除这个偏差，则很难对AUV的运行进行准确控制。

传统的AUV多普勒导航舰位推算误差的解算都是基于舰位推算数学模型的，如2006年冯子龙在《AUV自主导航航位推算算法的分析研究》(海洋技术，2006年9月，第25卷第3期)一文中利用递推最小二乘法辨识出AUV载体上多普勒测速仪的速度校正系数以及航向传感器的安装偏角进而修正导航误差，这在一定程度上修正了推算误差；此外，美国欧洲专利申请号为US7483789B1的专利申请文件中公开了一种叫Systems and methods with integrated triangulation positioning and dead reckoning capabilities舰位推算导航误差修正方法，该专利文件中介绍了一种三角定位和舰位推算相结合的数学模型来进行舰位推算误差修正，也在一定程度上能够修正舰位推算误差。但这些误差修正的方法适用范围低，只能保证在特定情况下，误差的修正准确性，这对处在预研阶段的AUV还是可以接受的。但对于在实际应用中执行特定任务的AUV，由于它的环境经常变化，且不可预测，这些误差修正的方法的修正精度就达不到要求了。而且舰位推算的误差随着时间而积累，这大大影响了AUV远程自主导航的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高AUV的导航精度的基于SVM的AUV舰位推算导航误差实时修正方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)将通过湖上水面航行和海上水面航行试验获取的AUV导航传感器测量数据、舰位推算经纬度信息和通过GPS读取的AUV实时经纬度信息，作为SVM舰位推算导航误差实时修正模型的训练样本和测试样本对模型进行训练和测试；

(2)将训练好的SVM舰位推算误差模型固化到AUV动态控制计算机中，AUV在水下航行过程中，动态控制计算机实时采集导航传感器导航信息，将导航传感器数据信息和舰位推算时间作为SVM舰位推算误差模型的输入，输出即为舰位推算经纬度的实时误差，将舰位推算经纬度实时误差实时补偿到舰位推算经纬度，获得精确的AUV实时位置信息。

所述AUV导航传感器测量数据包括多普勒计程仪测量的AUV纵向、横向和垂向速度；罗经测量的AUV航向；姿态传感器测量的AUV纵倾和横倾；GPS测量得到的AUV初始经纬度。

所述对SVM舰位推算导航误差模型进行训练时的输入为AUV纵向速度、横向速度、垂向速度、航向；纵倾角、横倾角和舰位推算时间构成的一个七维向量。

对SVM舰位推算导航误差模型进行训练时的输出为AUV经度误差和纬度误差。

SVM舰位推算导航误差实时修正模型的训练样本选取包含AUV各种航行状态下的输入参数和输出参数；同样测试样本也选取能够选取包含AUV各种航行状态下的输入参数和输出参数。

所述AUV动态控制计算机为控制AUV动态的计算机或嵌入式系统。

所述动态控制计算机实时采集导航传感器导航信息包括多普勒计程仪测量的AUV纵向、横向和垂向速度；罗经测量的AUV航向；姿态传感器测量的AUV纵倾和横倾以及舰位推算时间。

所述舰位推算经纬度实时误差是指通过SVM舰位推算导航误差实时修正模型得到的AUV在每个舰位推算时刻的经度误差和纬度误差。

所述AUV实时经纬度信息是指AUV在水下航行时能够按照规划航迹进行航行时必须的位置信息。

为了克服现有AUV舰位推算误差修正方法的缺点与不足，本发明将支持向量机的方法引入AUV舰位推算导航误差实时修正的应用中，利用该方法对导航经纬度误差建模。提高AUV的导航精度。

本发明采用的技术方案的要点体现在：

(1)数据样本获取