[发明专利]LBL/MINS组合导航系统及其导航信息融合方法

权利要求书

1.一种LBL/MINS组合导航系统，其特征在于，所述组合导航系统包括长基线水下水声定位系统LBL和微惯性导航系统MINS，两系统之间通过扩展卡尔曼滤波器将系统的定位信息进行数据融合，输出最优的导航定位结果；同时，扩展卡尔曼滤波器将其输出的定位误差信息分别反馈给所述两系统的定位误差模型，用于修正两系统的定位误差模型；

所述组合导航系统的工作区域划分为LBL导航培训区域和MINS导航自适应补偿区域两部分；其中，LBL导航培训区为搭建有LBL定位基站且无水声定位信号遮挡的区域，其导航模型包括水面浮标和水下定位目标收发器(5)两部分：浮标由浮体(1)、水声应答器(2)、高速数传电台(3)及RTK系统(4)组成；所述浮体(1)用于产生浮力，使整个浮标系统能够漂浮在海面；水声应答器(2)通过浮体(1)悬挂在海面以下，用于向定位目标收发器(5)发送超声波测距信号，高速数传电台(3)安装在浮体(1)中，各浮标之间通过数传电台(3)进行数据传输及时钟同步，RTK系统(4)用于提供每个浮标的精确位置信息；所述水下定位目标收发器(5)安装在需要定位的水下载体上，由耐压防水舱体(6)、水声换能器(7)、水压深度计(8)、微惯性导航系统(9)及位置结算模块(10)组成；其中，耐压防水舱体(6)可以承受一定深度下的水压，水声换能器(7)用于接收水面浮标发射的超声波测距信号，水压深度计(8)用于测量水下定位收发器的深度，MINS系统(9)用于提供实时连续的水下定位收发器位置、速度及姿态信息；位置解算模块(10)用于LBL系统定位解算、信号遮挡判断、MINS误差补偿、最小二乘支持向量机误差模型修正、扩展卡尔曼滤波器信息融合；MINS导航自适应补偿区域为存在水声定位信号遮挡，且只能依靠微惯性导航系统MINS进行定位的区域，其导航模型搭建同LBL导航培训区域的一致。

2.根据权利要求1所述的一种LBL/MINS组合导航系统，其特征在于，所述扩展卡尔曼滤波器输出的定位误差信息通过最小二乘支持向量机对微惯性导航系统MINS的定位误差模型进行修正。

3.根据权利要求1所述的一种LBL/MINS组合导航系统，其特征在于，所述扩展卡尔曼滤波器输出的定位误差信息用于修正长基线水下水声定位系统LBL或微惯性导航系统MINS的定位误差模型中的位置、速度误差。

4.根据权利要求1所述组合导航系统的导航信息融合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将组合导航系统的工作区域划分为LBL导航培训区域和MINS导航自适应补偿区域两部分；

(2)在LBL导航培训区域由长基线水下水声定位系统LBL和微惯性导航系统MINS共同工作完成导航定位；首先，利用长基线水下水声定位系统LBL的各定位基站测算其与定位目标间的距离，将测距信号智能解算，形成LBL位置、速度估计的定位信息后发送给扩展卡尔曼滤波器；同时MINS系统将始终提供连续的定位目标的位置、速度及姿态信息，并发送给扩展卡尔曼滤波器；通过扩展卡尔曼滤波器将LBL定位信息与MINS定位信息进行数据融合，输出最优的LBL/MINS组合导航定位结果；

(3)在扩展卡尔曼滤波器进行数据融合的同时，将其输出的定位误差信息分别反馈给长基线水下水声定位系统LBL和微惯性导航系统MINS的定位误差模型，用于修正两系统定位误差模型的位置、速度误差；

(4)在MINS导航自适应补偿区域，即当水下定位目标运动到存在水声定位信号遮挡的环境中时，组合导航系统进入MINS导航自适应补偿区域，由于声信号被遮挡，组合导航系统中的长基线水下水声定位系统LBL无法接收到水声波定位信号，只能依靠微惯性导航系统MINS完成这一区域的自主导航；期间，利用在LBL导航培训区域对微惯性导航系统MINS修正后的定位误差模型对MINS定位结果进行误差补偿，智能解算后得到最优的导航定位结果。

5.根据权利要求4所述组合导航系统的导航信息融合方法，其特征在于，上述步骤(3)中，扩展卡尔曼滤波器输出的定位误差信息通过最小二乘支持向量机对微惯性导航系统MINS的定位误差模型进行修正。