[发明专利]一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法

说明书

本发明公开了一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法，作业母船通过搭载在水下自主航行器上的水声定位系统获取水下自主航行器的准确位置信息，基于该信息生成水下自主航行器的有源校准信息，并发送给水下自主航行器用于导航信息的校准，从而解决了深海水下自主航行器作业过程中无法上浮至水面利用卫星定位数据校准的问题。

技术领域

本发明涉及水下导航定位技术领域，具体涉及一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法。

背景技术

当水下自主航行器(AUV)在水下执行任务时，大部分时间均处于自主航行状态。在自主航行状态下，水下自主航行器(AUV)的控制完全交由其控制系统接管，控制其位置、航向、姿态和速度等状态，因此，水下自主航行器(AUV) 必须能够实时感知和测算出自身当前位置、航向、姿态和速度等信息。

由于卫星信号无法跨越空气和海水两种介质可靠传输，水下自主航行器 (AUV)在水下航行过程中无法获取卫星定位数据。因此，对于浅海水域作业水下自主航行器(AUV)，通常采用由搭载于水下自主航行器(AUV)上的INS (Inertial Navigation System，惯性导航装置)/声波计程仪组合导航系统实时推算水下自主航行器(AUV)当前位置、航向、姿态和速度等导航定位信息；当组合导航系统累积误差较大时，通常采用利用水下自主航行器(AUV)水面航行或上浮至水面的时机，接收卫星定位位置数据对组合导航装置进行位置校准以修正导航定位数据的方法。

采用INS/声波计程仪组合导航方式的优点是不用依赖外界信息，但是，如果长时间没有外部信息进行校准，INS的自转轴漂移仍然会带来较大的定位误差，因此需要每隔一段时间利用外部定位信息对导航定位系统进行校准才能抑制INS的定位误差的增大，使得定位精度可以保持在一个较高的水平。对于深海(通常认为1000米以深海域为深海)水下自主航行器(AUV)，由于其水下航行深度大，基于作业和能源利用效率等因素考虑，通常无法实现令水下自主航行器(AUV)上浮至水面利用卫星定位数据对组合导航系统进行有源校准的操作。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法，作业母船通过搭载在水下自主航行器上的水声定位系统获取水下自主航行器的准确位置信息，基于该信息生成水下自主航行器的有源校准信息，并发送给水下自主航行器用于导航信息的校准，从而解决了深海水下自主航行器作业过程中无法上浮至水面利用卫星定位数据校准的问题。

本发明提供了一种深海水下自主航行器导航定位及校准方法，所述深海水下自主航行器中搭载水声定位系统水下单元，在作业母船中部署水声定位系统水上单元，所述深海水下自主航行器的定位及校准过程包括如下步骤：

步骤1、深海水下自主航行器在船载或水面漂泊状态下，对其组合导航定位系统进行初始对准，并利用卫星定位数据对组合导航定位系统进行位置有源校准；

步骤2、所述水上单元对深海水下自主航行器进行水声定位，获取深海水下自主航行器与所述作业母船的相对位置、获得相对位置对应的UTC时间以及其与所述作业母船的距离；根据所述距离，基于水声信号传输延时修正所述UTC 时间；作业母船根据所述相对位置，并基于自身的经纬度信息解算出深海水下自主航行器的定位信息，所述定位信息为深海水下自主航行器的经纬度；作业母船将计算得到的定位信息及修正后的对应UTC时间作为有源校准信息下发至深海水下自主航行器组合导航定位系统；

步骤3、深海水下自主航行器组合导航定位系统利用步骤2中收到的定位信息及对应UTC时间对自身位置信息进行位置回溯校准，并对自身导航定位解算中用到的参数进行反馈校正。

进一步地，所述步骤2中所述修正为：

所述水声定位系统水上单元利用温度、盐度、声速测量传感器获取作业海域的声速v；深海水下自主航行器位于点处时的UTC时间为其中t₀为获得相对位置的UTC时间，为深海水下自主航行器位置的经、纬度信息。