[发明专利]深潜载人潜水器ADCP辅助SINS导航方法

说明书

本发明公开了一种深潜载人潜水器ADCP辅助SINS导航方法，包括以下步骤：1)、将安装在载人潜水器上的惯性测量单元提供的角运动和线运动测量作为SINS的输入，执行导航解算算法，输出SINS的导航解，即姿态、速度和位置；2)、安装在载人潜水器底部的ADCP测量载人潜水器相对水流的速度，利用重叠的ADCP测量推导出载人潜水器的对地速度和水流速度；3)、利用kalman滤波将步骤1中的SINS导航解与步骤2中获取的载人潜水器对地速度进行融合，构成SINS/ADCP组合导航以抑制SINS误差发散。本发明解决了中层水域GPS和DVL均不可用以及SINS定位误差随时间累计的问题，能够实现深潜载人潜水器下潜/上浮过程中完全自主的高精度导航定位。

技术领域

本发明涉及高精度水下导航定位技术领域，尤其涉及一种深潜载人潜水器ADCP辅助SINS导航方法，特别适用于水下载体的中层水域导航。

背景技术

载人潜水器是进入深海进行科学研究和调查作业的重要运载工具，具有可以使人亲临现场、充分发挥人的主观能动性等优点，被称为“海洋学研究领域的重要基石”。高精度导航定位是载人潜水器在深海复杂环境中开展作业必不可少的条件，但高可靠性、高稳定性、高精度的水下导航也是一项重大的挑战。在水面上，可以利用全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)提供速度位置信息；在近海底，可以利用多普勒测速仪器(Doppler Velocity Log，DVL)辅助捷联惯性导航系统(Strapdown InertialNavigation System，SINS)构成SINS/DVL组合导航。然而，在远离海面或海底的这段水域，GNSS和DVL均不可用，使得中层水域导航仍然是当前水下导航面前的严峻挑战之一。

目前，声学定位系统和惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)是中层水域XY导航唯一可用的传感器。然而，声学定位系统不仅需要水面支持母船或预先布设的专用设备，而且易受多径效应影响，且定位精度与作用距离相关。此外，尽管SINS具有自主性、数据更新率高和导航信息完备等优点，然而它是通过对IMU提供的包含固有偏置的角运动和线运动信息积分计算姿态、速度和位置，使得SINS定位误差随时间累计。

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP)已经成为现代深潜潜水器的标准配置，在现有水下导航传感器的技术条件下，利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的测速信息来辅助捷联惯性导航系统(SINS)，实现一种经济可行的中层水域导航方案用于深潜载人潜水器下潜/上浮阶段至关重要。

发明内容

发明目的：针对中层水域GPS和DVL均不可用以及SINS定位误差随时间累计的问题，本发明提出一种深潜载人潜水器ADCP辅助SINS导航方法，实现深潜载人潜水器下潜/上浮过程中完全自主的高精度导航定位。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种深潜载人潜水器ADCP辅助SINS导航方法，包括以下步骤：

(1)将安装在载人潜水器上的惯性测量单元提供的角运动和线运动测量作为SINS的输入，执行导航解算算法，输出SINS的导航解，即姿态、速度和位置；

(2)安装在载人潜水器底部的ADCP测量载人潜水器相对水流的速度利用重叠的ADCP测量推导出载人潜水器的对地速度v^b和水流速度

(3)利用kalman滤波将步骤1中的SINS导航解与步骤2中获取的载人潜水器对地速度进行融合，构成SINS/ADCP组合导航以抑制SINS误差发散。

进一步地，所述步骤1中导航解算算法如下：