[发明专利]一种深海潜航器的SINS/DVL水下抗晃动对准方法

说明书

本发明公开了一种深海潜航器的SINS(捷联惯导系统)/DVL(多普勒测速仪)水下抗晃动对准方法。本发明的方法为根据水下复杂环境和捷联惯导、四波束水下多普勒导航系统特点所建立的大失准角非线性误差模型以及精对准滤波方程，将深海潜航器的水下对准过程分为：SINS抗晃动双矢量定姿自对准和SINS/DVL的基于SVD(奇异值)分解的模糊自适应鲁棒CKF(容积卡尔曼滤波)滤波器对准；在保证鲁棒性的基础上，进一步使姿态失准角减小、使得姿态矩阵更为精确，实现深海潜航器的准确定姿。本发明可以克服晃动基座，大失准角条件下的深海潜航器在初始对准时，传统惯导对准算法所导致的定姿速度、精度降低以至于潜航器无法继续正常工作的问题，最终实现深海潜航器的长航时工作。

技术领域：

本发明涉及一种深海潜航器的SINS/DVL水下抗晃动对准方法，属于导航技术领域。

背景技术：

海洋有着丰富的资源和能源。在开发过程中，深海潜航器在诸多方面起着重要作用，如海洋环境的监测、水下目标的识别。而深海潜航器所具有的独特驱动和运动性能，使得其与其他无人水下航行器相比具有较大的性能优势。但大深度、远距离、长时间的水下航行对初始对准的精度要求高。然而水下复杂的洋流涌动环境以及鱼群冲击的可能性，会造成晃动基座，大失准角情况下，深海潜航器的初始对准速度、精度降低,从而使得潜航器惯导水下定位解算的累积误差进一步增大。

因此如何保证深海潜航器的快速精确定姿，成为制约深海潜航器长航时工作的重要因素。

同时由于晃动基座的特殊性，惯导线性误差模型无法保证滤波的精度满足要求，因此考虑采用更为精准的非线性误差模型和非线性滤波器完成水下DVL辅助惯导的精对准过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海潜航器的SINS(捷联惯性导航系统)/DVL(多普勒测速仪)水下抗晃动对准方法，通过SINS抗晃动双矢量定姿自对准(粗对准)和SINS/DVL的基于SVD(奇异值)分解的模糊自适应鲁棒CKF(容积卡尔曼滤波)滤波器对准(精对准) 来保证深海潜航器准确定姿的鲁棒性和快速性，以克服晃动基座，大失准角条件下的深海潜航器在初始对准时，传统惯导对准算法所导致的定姿速度、精度降低以至于潜航器无法继续正常工作的问题，最终实现深海潜航器的长航时工作。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种深海潜航器的SINS/DVL水下抗晃动对准方法，该方法包括如下步骤：

(1)根据水下复杂环境和捷联惯导、四波束水下多普勒导航系统特点所建立的大失准角非线性误差模型以及精对准滤波方程，将深海潜航器的水下对准过程分为：SINS抗晃动双矢量定姿自对准和SINS/DVL的基于SVD分解的模糊自适应鲁棒CKF滤波器对准；

(2)SINS抗晃动双矢量定姿自对准在选定重力矢量为主参考矢量的前提下，预先对参与姿态解算的矢量作单位正交化处理；

(3)SINS/DVL的基于SVD分解的模糊自适应鲁棒CKF滤波器对准则在保证鲁棒性的基础上，进一步使姿态失准角减小、使得姿态矩阵更为精确，实现深海潜航器的准确定姿。

所述的深海潜航器的水下抗晃动对准方法，步骤(1)中所述的根据水下复杂环境和捷联惯导、四波束水下多普勒导航系统特点所建立的大失准角非线性误差模型以及精对准滤波方程的具体方法是：

选取东北天地理坐标系作为导航坐标系，记为n系，选取SINS/DVL导航系统解算的导航坐标系作为导航计算坐标系为n′系，选取潜航器舱体的右前上坐标系作为载体坐标系，记为b系，

定义速度和姿态角误差为：

其中，

νⁿ为潜航器的真实速度在n系下的投影，