[发明专利]一种海上运载体的组合导航方法及装置

说明书

本发明公开了一种海上运载体的组合导航方法，所述海上运载体上装备有惯性导航主系统、水声定位子系统、偏振光导航子系统；首先利用惯性导航主系统进行捷联解算，利用水声定位子系统进行测距计算，利用偏振光导航子系统进行方位计算；然后建立以惯性导航主系统的误差为状态量、水声定位子系统的测距信息和偏振光导航子系统的航向信息为观测量的扩展卡尔曼滤波模型，对惯性导航主系统的误差进行闭环修正。本发明还公开了一种海上运载体的组合导航装置。相比现有技术，本发明一方面有效提高了导航精度，另一方面由于摆脱了对卫星定位技术的依赖，因此具有更好的隐蔽性和抗干扰性。

技术领域

本发明涉及一种导航方法，尤其涉及一种海上运载体的组合导航方法及装置，属于导航定位技术领域。

背景技术

惯性导航是海上运载体最主要的导航方式之一，具有不依赖外界信息、隐蔽性好、抗辐射性强、全天候等优点，是完全自主的导航。由于陀螺仪和加速度计的误差漂移，惯导系统必须借助于其他导航方式的辅助才能长时间使用。通常可以采用多普勒测速仪(DVL，Doppler Velocity Log)辅助惯导的工作方式，该方式具有自主性高、设备简单的特点，通过DVL提供的速度信息，可以校正惯导的速度误差、横滚角误差和俯仰角误差，然而，随时间累积的定位误差和航向角误差是无法校正的。

为了提高惯导系统的精度，研究者提出了利用GPS导航系统、重力辅助导航系统、天文导航系统等与惯导系统相结合的多种组合导航方法。

文献[潘学松.基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航系统关键技术研究[D].青岛：中国海洋大学，2011.]给出了SINS/DVL/GPS组合导航方式，该方式利用多普勒测速仪提供的速度信息，校正惯导的速度和姿态误差，但无法对航向进行持续有效的校正；利用GPS进行位置修正，但其可靠性和抗干扰性较差；利用基于遗传算法的神经网络滤波来进行数据融合，提高了滤波精度和可靠性，但增加了算法的复杂性且难以满足实时性的要求。

文献[彭富清.海洋重力辅助导航方法及应用[D].郑州：解放军信息工程大学，2009.]给出了海洋重力辅助惯性导航的方法，该方法利用重力仪的测量值与重力图进行匹配来校正惯性导航位置误差，保证了系统的自主性，但其难以对航向进行有效修正，并且该导航方式对重力异常图的制作精度要求较高且仅适用于重力特征明显区域，无法成为一种独立应用的导航手段。

文献[孙剑明.基于星图识别的舰船天文导航关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.]给出了一种恒星敏感器辅助惯性的传统天文导航方法，该方法利用星图识别技术进行定姿定向，校正惯性误差，但难以提供有效的位置修正，且数据更新率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种海上运载体的组合导航方法及装置，能够在摆脱对卫星定位技术的依赖的同时，有效提高导航精度。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种海上运载体的组合导航方法，所述海上运载体上装备有惯性导航主系统、水声定位子系统、偏振光导航子系统；首先利用惯性导航主系统进行捷联解算，利用水声定位子系统进行测距计算，利用偏振光导航子系统进行方位计算；然后建立以惯性导航主系统的误差为状态量、水声定位子系统的测距信息和偏振光导航子系统的航向信息为观测量的扩展卡尔曼滤波模型，对惯性导航主系统的误差进行闭环修正。

优选地，所述水声定位子系统为长基线水声定位子系统或者伪长基线水声定位子系统。

优选地，作为扩展卡尔曼滤波模型的状态量的惯性导航子系统的误差为15阶误差状态，如下式所示：