[发明专利]一种基于USBL软件接收机的SINS/USBL深组合导航定位方法

说明书

一种基于USBL软件接收机的SINS/USBL深组合导航定位方法，它属于组合导航及水声定位技术领域。本发明解决了当USBL测量信息中断或者发生错误时，传统组合方式的容错能力有限的问题。在不需要先验信息的情况下，本发明利用SINS的动态信息辅助无源工作模式下的USBL载波跟踪环路和码跟踪环路，获得准确径向速度信息和时延信息，提高了USBL在干扰信号或者是弱信号下的系统容错能力，提高了组合系统的性能。本发明可以应用于组合导航及水声定位领域。

技术领域

本发明属于组合导航及水声定位技术领域，具体涉及一种基于USBL(超短基线定位系统)软件接收机的SINS(捷联惯导系统)/USBL深组合导航定位方法。

背景技术

传统的SINS/USBL组合导航建立在对SINS和USBL位置输出信息或时延、时延差(斜距、斜距差)测量信息进行数据融合的基础上，通过建立SINS误差方程和USBL定位误差方程或测距测向误差方程，实现对SINS导航误差的修正，在USBL系统外部对定位结果或测距测向结果进行补偿，而忽略了利用SINS动态信息来深入辅助USBL系统内部的信号跟踪环节。当USBL测量信息中断或者发生错误时，传统的组合方式都只能提供有限的容错能力，从而影响组合系统的性能。

发明内容

本发明的目的是为解决当USBL测量信息中断或者发生错误时，传统组合方式的容错能力有限的问题，而提出了一种基于USBL软件接收机的SINS/USBL深组合导航定位方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于USBL软件接收机的SINS/USBL深组合导航定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将USBL的声学基阵倒置安装在水下航行器上，SINS的陀螺组件和加速度计组件固联在水下航行器上，水面布放一个同步信标；信标在导航坐标系下的位置通过GPS获得；

所述导航坐标系是指“东北天”地理坐标系，“东北天”地理坐标系以水下航行器的质心为原点o_n，x_n轴指向地理东向，y_n轴指向地理北向，z_n轴垂直于x_no_ny_n平面指向天向，x_n轴、y_n轴和z_n轴构成右手坐标系；

步骤二、建立声学基阵坐标系，并确定各基元在声学基阵坐标系下的位置；

所述声学基阵坐标系是指以USBL的声学基阵中心为原点o_a，沿声学基阵平面指向水下航行器的艏向方向为y_a轴，z_a轴垂直于声学基阵平面向上，x_a轴与y_a轴、z_a轴构成右手坐标系；

步骤三、根据水下航行器在SINS计算的导航坐标系下的姿态信息，将基元在声学基阵坐标系下的位置转换到SINS计算的导航坐标系下；

步骤四、根据基元在SINS计算导航坐标系下的位置，计算声信号在各基元与信标间的传播时延以及传播时延差的预测值；

步骤五、将基元在SINS计算导航坐标系下的速度沿径向分解，得到径向速度的预测值，即得到各个基元相对于信标在径向方向的运动速度大小；

步骤六、将步骤四计算出的传播时延、传播时延差的预测值以及步骤五计算出的径向速度的预测值输入至USBL软件接收机的信号跟踪环路，辅助USBL软件接收机对载波频率和码相位的跟踪，得到声信号在各基元与信标间的传播时延、传播时延差的测量值以及径向速度的测量值；

步骤七、建立以传播时延的预测值与测量值之差、传播时延差的测量值与预测值之差以及径向速度的预测值与测量值之差为观测量，以SINS误差以及SINS对USBL的辅助误差为状态变量的扩展卡尔曼滤波系统；