[发明专利]一种基于重力梯度信息测距的协同导航方法

权利要求书

1.一种基于重力梯度信息测距的协同导航方法，其特征在于：

采用主从式协同导航结构进行，所述主从式协同导航结构包括至少一个从AUV，主AUV携带导航设备和重力梯度仪，从AUV上配置比主AUV导航设备精度低的导航设备，主AUV和从AUV上携带的导航设备至少有压力深度计、测速仪、惯性单元和陀螺仪；主AUV通过自身导航设备获得自身的位置信息，主AUV上的重力梯度仪通过从AUV引起的重力梯度异常来获取主AUV和从AUV之间的相对距离：主AUV和从AUV运动过程中不断进行信息交互，从AUV持续采用扩展卡尔曼滤波进行位置误差修正以进行实时定位；包括如下具体步骤：

S1：在行驶过程中两个连续时刻，主AUV分别测量自身与从AUV之间的相对距离，并保存各时刻时主AUV与从AUV之间的相对距离、以及主AUV的位置信息作为导航信息；主AUV和从AUV之间的相对距离R根据下列公式 计算得到：

其中，G为万有引力常量，M为从AUV的质量，Γ_xx、Γ_yy、Γ_xy、Γ_yz、Γ_xz为重力梯度的五个分量；是重力位Φ分别在i方向和j方向的二阶偏导数，i＝x，y，z；j＝x，y，z；x，y，z为从AUV在导航坐标系下的位置坐标；R为主AUV和从AUV的相对距离，单位为米；

S2：建立从AUV的运动状态方程；

S3：主AUV通过水声隐蔽通信向从AUV发送所保存的导航信息；

S4：从AUV接收主AUV发送的导航信息，建立从AUV的测量方程；

S5：利用S2中建立的从AUV的运动状态方程、和S4中建立的从AUV的测量方程，从AUV通过扩展卡尔曼滤波融合自身定位信息和主AUV发送的导航信息，通过协同导航提高自身导航定位精度。

2.根据权利要求1所述的基于重力梯度信息测距的协同导航方法，其特征在于步骤S1中，主AUV测量两个连续时刻自身与从AUV之间的相对距离具体过程如下：

主AUV测量t_k-1时刻自身与从AUV之间的相对距离R(k-1)，并保存R(k-1)和t_k-1时刻主AUV的位置信息(x_M(k-1),y_M(k-1),z_M(k-1))，其中x_M(k-1)，y_M(k-1)为t_k-1时刻主AUV在水平面内的位置，z_M(k-1)为t_k-1时刻主AUV的深度；同理，主AUV测量t_k时刻自身与从AUV之间的相对距离R(k)，并保存R(k)和t_k时刻主AUV的位置信息(x_M(k),y_M(k),z_M(k))，其中x_M(k)，y_M(k)为t_k时刻主AUV在水平面内的位置，z_M(k)为t_k时刻主AUV的深度。

3.根据权利要求1所述的基于重力梯度信息测距的协同导航方法，其特征在于步骤S1中，需要预先存储从AUV所活动水域的全张量重力梯度基准图，利用主AUV上的重力梯度传感器对活动水域进行实时测量，获得从AUV的实测重力梯度信号，并将获得的实测重力梯度信号与全张量重力梯度基准图进行对比，获得由从AUV引起的全张量重力梯度异常；并根据主AUV和从AUV之间梯度张量的关系获取两者相对距离。