[发明专利]一种超短基线/捷联惯性导航松组合的导航误差校正方法

说明书

一种超短基线/捷联惯性导航松组合的导航误差校正方法，它属于组合导航及水声定位技术领域。本发明解决了在基阵开角较大时，水下航行器的捷联惯性导航需要运动至超短基阵有效工作范围内进行误差校正，导致水下航行器的工作效率降低的问题。当超短基线定位系统有实数解时，可以得到声学基阵与信标的相对深度和斜距的比值，即基阵开角的余弦值，以该值控制组合导航的滤波增益，能够减小基阵开角比较大时的低质量观测信息在状态更新中所占的比重。通过在外部对滤波器的增益进行控制，能有效抑制捷联惯性导航误差，并且保证了在基阵开角较大情况下的水下航行器的工作效率。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，具体涉及一种超短基线/捷联惯性导航松组合的滤波增益控制方法。

背景技术

随着基阵开角的增大，超短基线的定位误差变大，组合导航精度受到影响。换言之，传统的超短基线和捷联惯性导航的组合只能在以某一基阵开角为半锥角的圆锥内部及表面进行，水下航行器在其它位置区域时，只能依靠捷联惯性导航，而纯惯性导航存在着误差随时间积分累积的缺点，使得水下航行器需要每隔一段时间运动至超短基线的有效工作范围内，以此来校正惯性导航的累积误差，这样就大大降低了水下航行器的工作效率。

发明内容

本发明的目的是为解决在基阵开角较大时，水下航行器的捷联惯性导航需要运动至超短基阵有效工作范围内进行误差校正，导致水下航行器的工作效率降低的问题，而提出了一种超短基线/捷联惯性导航松组合的导航误差校正方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种超短基线/捷联惯性导航松组合的导航误差校正方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将超短基线声学基阵倒置安装在水下航行器上，捷联惯性导航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，该地理坐标系以水下航行器的质心为原点o，x轴指向地理东向，y轴指向地理北向，z轴垂直于xoy平面指向天向，x轴、y轴和z轴构成右手坐标系；

步骤二、通过测量声信号在超短基线声学基阵与信标之间的单程传播时延及有效声速，在基阵坐标系下，计算信标的位置以及超短基线声学基阵与信标的相对深度，再计算相对深度与声信号在水下航行器和信标之间传播距离的比值，计算出的比值即为基阵开角的余弦值；

所述基阵坐标系是指以超短基线声学基阵中心为原点O_a，沿超短基线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、根据捷联惯性导航提供的水下航行器姿态信息以及基阵坐标系下和导航坐标系下信标的位置信息，获得在捷联惯性导航计算导航坐标系下，超短基线对水下航行器的定位结果

步骤四、根据超短基线对水下航行器的定位结果和捷联惯性导航计算的水下航行器位置建立扩展卡尔曼滤波器；

步骤五、根据步骤二计算出的基阵开角余弦值调整扩展卡尔曼滤波器的滤波增益，实现状态更新；

步骤六、根据步骤五更新后的状态值，修正捷联惯性导航的输出，并重置扩展卡尔曼滤波器的状态。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种超短基线/捷联惯性导航松组合的导航误差校正方法，当超短基线定位系统定位有效时，可以得到声学基阵与信标的相对深度和斜距的比值，即基阵开角的余弦值，以该值控制组合导航的滤波增益，能够减小基阵开角比较大时的低质量观测信息在状态更新中所占的比重。

通过在外部对滤波器的增益进行控制，能有效抑制捷联惯性导航误差，并且保证了在基阵开角较大情况下的水下航行器的工作效率。

附图说明