[发明专利]一种极地范围船舶导航的信息融合方法

说明书

本发明公开了一种极地范围船船舶导航的信息融合方法，其目的是为了解决船舶在极地范围卫星导航易受环境干扰造成信号不稳定致使短暂丢失卫星问题，以及惯性测量元件导航精度误差随时间积累的缺点。本发明利用卫星测量具有全天候且误差不随时间积累的特征抑制惯性器件长时漂移的定位方式，通过对惯性测量以及卫星测量组合的方式，建立卫星导航与惯性导航参考坐标系统一的基本框架，设计组合导航信息融合方法，对具有非线性，时间相关噪声，系统噪声和观测数据非高斯分布的系统，结合船舶极地范围实际运动模型对滤波器设计扩展卡尔曼滤波器对导航结果最优化求解，从而实现稳定、可靠性强，精度高的全天候导航系统。

技术领域

本发明涉及一种极地范围船舶导航的信息融合方法，特别是涉及一种应用 于船舶导航定位的多系统信息融合的方法。

背景技术

本发明涉及一种应用于极地范围船舶导航信息融合方法，特别是涉及一种 极地环境船用的组合式信息融合方法。

虽然随着卫星导航和无线通信技术的发展，通过卫星定位、预置信标和数 字地图匹配等方法，可以方便地获取个人或者运动体位置信息。但对于无信标 环境(无线电信号质量差、WiFi，卫星等通信系统等原因无法使用)，特别是极 地范围内恶劣的天气状况和特殊的地理条件导致传统罗经的精度降低，海图的 不易使用，岸基助航标志的缺乏，经线急剧收敛，航向改变快，地面导航设备 少，地形单调，大面积的冰雪，极地地区处于磁不可靠区域等对导航与定位影 响，一直是国内外导航与位置服务的难题和研究热点。

惯性导航作为一种自主式的导航与定位技术，依靠其惯性器件(加速度计、 陀螺)测量的载体运动信息来连续推算载体速度、位置和姿态，可为解决上述 问题提供有效技术手段，目前制约其在运动定位领域发展的关键在于性器件的 长时漂移。现有的极地范围内导航设备有卫星导航系统、HF无线电通信、LNAV 方式的通信导航等，虽然已经解决了极地导航定位难题，但该类产品主要依靠 无线电通讯导航，无法解决无线电异常时，定位精度差，航向失准问题，且此 类产品动态性能较弱。

本发明通过惯性导航和卫星导航组合技术利用扩展卡尔曼信息融合的方 法，能够弥补传统磁罗经或者陀螺罗经方位角失准、易受环境因素影响；惯性 导航系统误差随时间积累的特性；同时又能够弥补传统卫星导航设备受到干扰 定位误差大，方位角偏差大的缺点；特别适用于在卫星信号不稳定、地理环境 特殊运动体实时定位、方位角监测、有效确保航线的无误性。

发明内容

本发明通过组合导航的信息融合方法能够弥补传统磁罗经方位角失准、易 受环境因素影响等缺点；同时又能够弥补传统卫星导航设备受到干扰定位误差 大，方位角偏差大的缺点；特别适用于在卫星信号不稳定、地理环境特殊的极 地范围运动体实时定位、姿态角检测、为了解决上述技术问题，本发明采用的 方法是：

采用扩展卡尔曼滤波的信息融合方法对卫星测量以及惯性测量数据建立状 态模型进行最优化求解，结合船体运动的具体运动模型，设计匹配的滤波器。

与现有导航方法相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供的一种极地范围船用组合式导航信息融合方法，解决了卫星 测量输出功率较低，噪声误差较大且导航信号容易被遮挡干扰的缺点。

2)本发明提供的一种极地范围船用组合式导航信息融合方法，通过组合导 航系统最优化的方法，有效修正惯性测量单元、造成的漂移大、误差大的缺点， 使得船舶整体的导航精度提高。

3)本发明利用惯性测量以及卫星测量组合的方法，卫星导航系统作为辅助 惯性导航具有检测船舶的三维姿态(俯仰角、横滚角、偏航角)的优点，克服 了卫星利用两路接收天线导航无法检测运动体横滚角的缺点。

4)本发明的信息融合器，结合船体在海中的运动模型，能够对船体导航信 号进行平滑处理，提高了卫星的抗干扰能力，从而实现航向角的高精度、定位 的可靠性。

附图说明