[发明专利]双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法在审

专利信息
申请号: 201810779418.5 申请日: 2018-07-16
公开(公告)号: CN109269496A 公开(公告)日: 2019-01-25
发明(设计)人: 周佳加;张强;吴迪;李娟;严浙平 申请(专利权)人: 哈尔滨工程大学
主分类号: G01C21/16 分类号: G01C21/16
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 多普勒测速仪 深海 测速 组合导航装置 自适应切换 多普勒 惯性导航系统 模式转换模块 运行状态切换 卡尔曼滤波 导航能力 导航需求 检测模块 控制指令 航行器 出水 校正 信息量 航海 对流 判定 海区 隐蔽
【说明书】:

发明提供的是一种双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置及方法。包括多普勒测速仪检测模块、多普勒测速仪模式转换模块、卡尔曼滤波模块、高频对流多普勒测速仪、低频对地多普勒测速仪和惯性导航系统。本发明可以增加UUV遇到海沟和深海航行的稳定性,提高了航行器在大深度海区的高精度导航能力,降低了出水校正次数,满足了大范围航海和隐蔽作业的导航需求。DVL运行状态切换的判定所需的信息量少、控制指令简单。

技术领域

本发明涉及的是一种UUV(水下无人航行器,Unmanned Underwater Vehicle)航行导航装置,本发明也涉及一种UUV航行导航方法。

背景技术

高精度导航定位是水下航行器获取有效信息的必要条件,同时也决定了其能否安全作业及返航。因此,高精度导航定位是实现水下航行器运动与控制的关键因素之一。由于水是光波和电磁波的不良导体,因此常用的无线电导航、GPS等定位和导航方法不适用于水下航行器。多普勒测速仪(Doppler velocity log)是利用波的多普勒效应以及测流原理制成声学设备,能够用于测量航行体相对地面的绝对速度、水流速度与方向以及水的深度。若结合惯性导航系统提供的水下航行器航向信息便可利用INS/DVL进行航位推算,实现水下航行器的高精度远程导航。

多普勒双模导航系统是由两个不同安装位置和功能的多普勒测速仪构成,包括低频对地多普勒测速仪和高频对流多普勒测速仪,其中低频多普勒测速仪主要用于对海底的测量,其测量范围最大为300-400米,当遇到还沟或在水深超过400米的深海航行使用时,低频对地多普勒测速仪会失效,此时将INS/DVL组合导航切换成高频多普勒测速仪工作,为远程导航提供安全保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够保证INS/DVL组合导航系统稳定运行的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置。本发明的目的还在于提供一种双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航方法。

本发明的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置包括多普勒测速仪检测模块、多普勒测速仪模式转换模块、卡尔曼滤波模块、高频对流多普勒测速仪、低频对地多普勒测速仪和惯性导航系统,

所述低频对地多普勒测速仪对海底测量,

所述高频对流多普勒测速仪对流测量,

所述惯性导航系统主要用于把测量的速度与低频对地多普勒测速仪或高频对流多普勒测速仪测量的速度进行匹配,利用卡尔曼滤波器对状态进行评估、并根据状态值对惯导系统进行修正、完成惯导系统的精确初始校准,

所述多普勒测速仪检测模块接受低频对地多普勒测速仪数据,并检测低频对地多普勒测速仪是否失效,

所述多普勒测速仪转换模块根据多普勒测速仪检测模块输出的结果来切换多普勒系统导航的工作模式,

所述卡尔曼滤波模块采用卡尔曼滤波算法融合惯性导航系统和低频对地多普勒测速仪或高频对流多普勒测速仪的测量数据,估计航行器位。

本发明的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置还可以包括:

1.所述卡尔曼滤波算法以最小均方误差为最佳准则,采用信号与噪声的状态空间模型,利用前一时刻的估计值和现在时刻的测量值来更新对状态变量的估计,求出现在时刻的估计值。

2.所述低频对地多普勒测速仪安装在UUV前腹部,波束方向UUV的正下方,高度探测和输出范围为[0,400]米。

3.所述高频对流多普勒测速仪安装在UUV后腹部,波束方向UUV的正下方,对流测量范围在[10,20]米。

4.所述惯性导航系统安装在横艏面处,航向角范围[0-360],航向角精度0.5。

基于本发明的双多普勒自适应切换测速的UUV深海组合导航装置的导航方法为:

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