[发明专利]一种适用于深海AUV的无速度辅助单信标定位方法

说明书

本发明提供的是一种适用于深海AUV的无速度辅助单信标定位方法。对信标进行标定，确定信标的位置信息，并建立导航坐标系；AUV与信标通信，获得AUV与信标的距离信息，并使用超短基线定位系统标定AUV在导航坐标系下的初始位置信息；在AUV航行过程中，根据前一时刻的位置信息、AUV的航向信息和当前时刻获得的AUV与信标的距离信息、AUV的深度信息解算AUV当前时刻的位置信息；将当前时刻的位置信息和惯性导航系统的定位信息进行融合，得到AUV的定位信息。本发明只需要使用一个声学信标，不需要通过DVL获取AUV的速度信息同时也不要求AUV持续保持单一方向直线航行，满足全海深AUV的设备搭载及作业工况要求。

技术领域

本发明涉及的是一种AUV水下定位导航方法。

背景技术

水下定位导航技术是水下作业的必要技术，惯性导航系统存在累计误差，需要其它手段辅助修正。由于电磁波在水下衰减速度极快，导致成熟的卫星定位系统无法在水下发挥作用，而声学信号因其在水下可以长距离传播的特性被广泛应用于水下的通信、定位等领域。

长基线和超短基线定位系统是最常用的水声定位系统，但在深海AUV应用中，二者都存在一定的问题。相较于长基线定位系统，使用单信标定位系统可以有效减小信标布设数目，大大降低了信标布设成本；相较于超短基线定位系统，单信标定位系统由于信标与AUV距离较短，通信频率可以得到保障。同时，由于目前市面上暂无适用于7000米及更大水深的DVL产品，而传统的单信标定位方法如公开号为CN107272004A、名称为一种基于水下信标位置修正的单信标测距定位方法；公开号为CN108614258A、名称为一种基于单水声信标距离测量的水下定位方法等专利文件中所述方法均需要使用DVL获取AUV的准确速度信息。然而，对于7000米及更大水深的AUV无法通过DVL获取速度信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够为深海AUV提供定位信息的适用于深海AUV的无速度辅助单信标定位方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)对信标进行标定，确定信标的位置信息，并建立导航坐标系；

(2)AUV与信标通信，获得AUV与信标的距离信息，并使用超短基线定位系统标定AUV在导航坐标系下的初始位置信息；

(3)在AUV航行过程中，根据前一时刻的位置信息、AUV的航向信息和当前时刻获得的AUV与信标的距离信息、AUV的深度信息解算AUV当前时刻的位置信息；

(4)将步骤(3)得到的当前时刻的位置信息和惯性导航系统的定位信息进行融合，得到AUV的定位信息。

本发明还可以包括：

1.还包括步骤(5)，将融合后的时刻的定位信息作为前一时刻的位置信息，重复步骤(3)和(4)，持续为全海深AUV提供定位信息。

2.所述解算AUV当前时刻的位置信息具体包括：

(1)在当前t₁时刻获得AUV与信标之间的距离为L₁，t₀至t₁时间段内的航向角为θ₁，t₁时刻的深度为d₁；

(2)计算深度差Δh＝d₁-d_s，计算距离L₁在水平面xoy的投影R₁，

(3)根据投影值R₁确定AUV的定位区域，即以信标为原点，以R₁为半径的圆域；