[发明专利]基于改进的高斯距离迭代算法对接回收组合导航方法

说明书

本发明公开了一种基于改进的高斯距离迭代算法对接回收组合导航方法，包含下列步骤：1）将AUV的航迹分割成若干条连接的直线段；2）然后利用航位推算将每个位置点的坐标，得到坐标方程组；3）针对误差用泰勒级数展开进行线性化，设定AUV的位置初始值和迭代阈值，用最小二乘法求出AUV位置的修正量，将修正量与迭代阈值进行比较，若修正量小于迭代阈值则停止迭代；4）若修正量大于迭代阈值，则采用信赖域的方法来更新步长继续迭代；5）求出该直线段的最后一个点的坐标，作为下一直线段的初始点，再重复以上步骤进行迭代；本发明可以有效地修正AUV的速度及位置误差，使得整个系统具有更高的滤波精度和稳定性，为AUV安全回收提供保障。

技术领域

本发明涉及一种导航方法，特别涉及一种基于改进的高斯距离迭代算法对接回收组合导航方法。

背景技术

占地球面积70％的海洋资源丰富，但目前人类探测海洋的方法有限且昂贵，水下机器人作为开发海洋的重要工具，是打开海洋之门的关键钥匙。自主水下机器人AUV自身携带电源和设备，不需要依靠母船通过电缆供电，它可通过信号光缆、声学通信或卫星通信等通信方式与母船传递信息。AUV由于体积小、活动范围广、隐蔽性高等优点，可以独立自主的完成海洋任务，现已成为各国研究的热点。正是由于AUV的自主活动，AUV需要更长的工作时间、更强的自主性、更快的数据处理速度以及更强的通讯能力，但它也面临着能源不足、设备故障及技术泄露等危险，所以AUV的安全回收是国内外海洋研究领域的重中之重。

而导航定位技术在AUV对接回收中起着举足轻重的作用，是水下AUV安全回收的前提和关键。目前常用的水下导航设备有惯性导航SINS、多普勒里程仪DVL、超短基线定位系统USBL及深度计等[1]。单一的惯性导航系统无法满足AUV在水下长时间、高精度的航行要求，因此组合导航系统应运而生。多个导航设备信息可以通过先进的滤波融合技术进行融合输出，达到AUV对接回收中导航的精度要求。

USBL(Ultra-Short Baseline超短基线定位系统)利用声学定位技术实现对水下目标的定位和跟踪。该导航系统定位精度较高，机动范围较大，可以适应深海复杂的作业环境。与其他基于声学定位的基线系统相比，USBL基线尺寸较小(一般在几厘米至十几厘米的量级)、灵活性高、操作简单、成本较低，因此在水下作业和海洋开发等工程领域得到了广泛应用，但是USBL由于易受海洋环境的影响，经常会出现数据跳动或数据丢失现象，连续性差，在某些需要高精度导航定位的场合受到较大的限制。

SINS(Strapdown Inertial Navigation Systems捷联惯性导航系统)利用陀螺仪和加速度计测量载体相对于惯性空间的角速度和加速度信息，通过解算可求出载体的三维速度、位置和姿态信息。SINS不需要任何外来信息，也不向外辐射信息，仅依靠系统自身就能在全球范围内实现全天候、全天时、自主、隐蔽、连续的定位和定向。该系统已被广泛地应用于航海、航空、航天、交通等各个领域。但是，随着系统工作时间的延长，SINS系统的导航误差会随之积累增长，此时就需要利用外部传感器的观测信息通过滤波算法来修正补偿SINS系统，以抑制其随时间积累的误差。

DVL(Doppler Velocity Log多普勒计程仪)是广泛应用于水下及水面航行器组合系统的速度测量装置，具有实时输出载体三维速度与航程能力的声学导航定位系统。DVL系统利用安装在载体上的超声换能器向海底发射超声波，并根据多普勒效应原理测量载体速度，具有抗干扰能力强、反应快、隐蔽性好、速度测量精确和稳定性高等优点。但是当DVL的波束超出了有效射程范围，测速精度会严重下降，且DVL的测速精度还受到水温、水压、地形和盐度等外界因素的影响。