[发明专利]基于水面GPS校正的UUV的DVL测速系统及自适应去噪方法

权利要求书

1.基于水面GPS校正的UUV的DVL测速系统，其特征在于：包括DVL、GPS、数据比对模块、DVL测速噪声成型滤波器、DVL测速噪声增广卡尔曼滤波器、控制器和执行机构；GPS安装在UUV顶部，DVL安装在UUV底部，DVL的对海底速度输出端与数据比对模块的第一速度输入端连接，DVL的对海底速度输出端还和DVL测速噪声成型滤波器的输入端连接，GPS的速度输出端与数据比对模块的第二速度输入端连接，数据比对模块的输出端与DVL测速噪声成型滤波器的输入端连接，DVL测速噪声成型滤波器的输出端与DVL测速噪声增广卡尔曼滤波器的输入端连接，DVL测速噪声增广卡尔曼滤波器的输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与执行机构连接。

2.基于水面GPS校正的UUV的DVL测速系统的自适应去噪方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤(1)：令UUV在水面航行，DVL测出UUV的对海底速度，GPS测出UUV的速度；

步骤(2)：将DVL测出的UUV的对海底速度和GPS测出的UUV的速度输入数据比对模块，得到DVL有色噪声功率谱密度函数，然后通过DVL有色噪声功率谱密度函数得到有色噪声传递函数，再将有色噪声传递函数离散化得到DVL测速噪声成型滤波器；基于DVL测速噪声成型滤波器得到DVL测速噪声增广卡尔曼滤波器；

步骤(3)：UUV水下航行时，先使DVL测出的UUV的对海底速度输入DVL测速噪声成型滤波器将有色噪声白化得到含有白噪声的速度信息，然后将含有白噪声的速度信息输入DVL测速噪声增广卡尔曼滤波器，得出精准的速度信息；

步骤3.1：DVL在k时刻的预测速度的增广状态方程x(k)由k-1时刻的状态方程x(k-1)进行推算：

其中：y(k)为k时刻UUV的预测速度值，v(k)为DVL测速噪声成型滤波器，Φ₂(k|k-1)为状态增广后的状态转移矩阵，Γ₂(k|k-1)为增广后的系统噪声驱动阵；w(k-1)为系统过程噪声；

步骤3.2：DVL在k时刻观测速度值z(k)＝H(k)x(k)；其中，增广后的量测阵H(k)＝[H₁(k)I]，I为单位阵，H₁为量测阵；

步骤3.3：由上一时刻的误差协方差矩阵来预测新的误差协方差矩阵：

其中：Q为系统噪声方差矩阵；Γ₂为增广后的系统噪声驱动阵

步骤3.4：更新的卡尔曼增益K(k)＝P(k|k-1)H^T[HP(k|k-1)H^T]^-1；

其中H与H(k)一样，为增广后的量测阵；

步骤3.5：最优滤波速度值

其中z(k)为k时刻观测速度值；

其中：为k时刻的最优速度值，即为所需的较为精确速度值；为k-1时刻的最优速度值，Φ₂为状态增广后的状态转移矩阵；

步骤3.6：更新误差协方程矩阵P(k)＝[I-K(k)H]P(k|k-1)，为下一步k+1时刻预测新的误差协方差做准备，H为增广后的量测矩阵；

步骤3.7：令k＝k+1，返回步骤3.1进行新一轮迭代计算。