[发明专利]一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位系统及方法

说明书

本发明涉及一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位系统及方法。该系统包括布设在深海运载器内部的水下地形地貌基础数据库单元、惯性导航单元、测深侧扫声纳、水下地形地貌联合匹配单元和组合导航信息融合单元，所述水下地形地貌联合匹配单元分别与所述水下地形地貌基础数据库单元、所述惯性导航单元、所述测深侧扫声纳和所述组合导航信息融合单元连接，所述组合导航信息融合单元和所述惯性导航单元连接。本发明能够提高水下导航定位的精确度，实现深海精准匹配导航定位。

技术领域

本发明涉及深海导航定位领域，特别是涉及一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位系统及方法。

背景技术

水下导航定位系统的精度和可靠性，直接关系到深海运载器能否顺利完成预定任务，并安全返回。水下导航定位主要分为三类：水声导航、惯性/航位推算导航、地球物理导航。在声学基阵的作用范围内，长基线和超短基线可以实现可靠的水下定位，但使用成本高且导航范围受限，不便于快速机动部署，难以满足深海运载器独立执行作业任务的要求。惯性/航位推算导航不需要外部支持，导航推算所需的数据全部由自身携带的传感器获得，但其定位误差随时间累积，需要定期上浮接收卫星信号修正，不适合深海运载器长期、独立、全天候、高精度的水下导航要求。基于地磁场、重力场、海底地形地貌等的地球物理信息导航由于具有全天候、无源性且不易受外界干扰的特点，成为各国深海运载器水下导航方法研究的热点。

海底地形测量主要依靠多波束测深系统，海底地貌测量主要依靠侧扫声纳。然而，受制于深海运载器空间、能耗、费用等，以及多波束测深系统和侧扫声纳发射声信号的相互干扰，深海运载器通常不会同时搭载多波束测深系统和侧扫声纳。这导致水下地形匹配和水下地貌匹配的关联性差，往往只能进行单一的水下地形匹配辅助导航或着水下地貌匹配辅助导航，并且以多波束测深系统进行水下地形匹配辅助导航为主。然而，水下地形匹配辅助导航不适用于平坦或地形起伏变化不明显的区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位系统及方法，能够提高水下导航定位的精确度，实现深海精准匹配导航定位。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位系统，包括：布设在深海运载器内部的水下地形地貌基础数据库单元、惯性导航单元、测深侧扫声纳、水下地形地貌联合匹配单元和组合导航信息融合单元，所述水下地形地貌联合匹配单元分别与所述水下地形地貌基础数据库单元、所述惯性导航单元、所述测深侧扫声纳和所述组合导航信息融合单元连接，所述组合导航信息融合单元和所述惯性导航单元连接；

所述水下地形地貌基础数据库单元用于获取水下地形地貌数据库，所述测深侧扫声纳用于实时采集水下地形地貌实测地图，所述惯性导航单元用于提供初始先验位置信息，所述水下地形地貌联合匹配单元用于根据所述初始先验位置信息、所述水下地形地貌实测地图和所述水下地形地貌数据确定地形地貌匹配定位结果，所述组合导航信息融合单元用于根据所述地形地貌匹配定位结果修正所述惯性导航单元。

可选地，所述水下地形地貌基础数据库通过前期多波束声纳和侧扫声纳，或者测深侧扫声纳测量得到。

可选地，所述初始先验位置信息为深海运载器的粗略位置信息。

可选地，所述组合导航信息融合单元对所述地形地貌匹配定位结果进行信息融合和滤波，根据滤波结果确定深海运载器的精确位置信息，并根据所述精确位置信息修正所述惯性导航单元。

一种深海地形地貌联合匹配辅助导航定位方法，包括：

获取水下地形地貌数据库，所述水下地形地貌数据库包括水下地形深度数据和水下地貌图像数据；

实时采集水下地形地貌实测地图；

实时采集深海运载器的初始先验位置信息；