[发明专利]一种捷联惯导/多普勒组合导航系统的导航方法

说明书

本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种捷联惯导/多普勒组合导航系统的导航方法。若多普勒失效且多普勒失效时刻大于设定值，则将多普勒失效时刻和前m个时刻的模型输入、以及多普勒失效时刻和前m个时刻的多普勒输出速度输入至训练好的多普勒预测模型中，预测得到下一时刻多普勒输出速度，m＞1；并利用预测得到的多普勒输出速度进行组合导航；其中模型输入为捷联惯导/多普勒组合导航系统输出的方向余弦矩阵和速度的乘积。本发明在多普勒有效的情况下，利用组合导航系统的数据以及多普勒输出速度对多普勒预测模型进行训练，从而使得在多普勒失效后利用多普勒预测模型便可预测得到多普勒输出速度，保证导航数据不间断，短期维持组合导航系统的精度。

技术领域

本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种捷联惯导/多普勒组合导航系统的导航方法。

背景技术

目前，可用于水下导航的手段仍然比较有限。水下航行器的导航系统必须具有远程、长航时、高精度的导航能力。捷联惯导/多普勒(Strapdown Inertial NavigationSystem/Doppler Velocity Log,SINS/DVL)组合导航是目前实现水下自主导航的主要方式之一。

多普勒是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的仪器，原理如附图1所示。在实际应用中，由于复杂的水下地形、鱼群干扰、多普勒测速仪超量程等因素，可能会出现多普勒测速仪失效的情况。如何实现多普勒失效条件下导航精度的维持是一个有待于进一步研究的问题。

针对该问题，通常采用的方式是建立水下航行器的运动学模型，在多普勒失效的条件下，利用运动学模型提供虚拟的速度观测值，并进行组合导航。该方式通常假设载体处于匀速或者匀加速状态，与载体的实际运动状态有一定的差异，因此预测精度不高。

发明内容

本发明提供了一种捷联惯导/多普勒组合导航系统的导航方法，用以解决现有技术中组合导航预测精度不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明所包括的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：

本发明提供了一种捷联惯导/多普勒组合导航系统的导航方法，包括如下步骤：

1)在捷联惯导/多普勒组合导航系统工作时，判断多普勒是否失效：

2)若多普勒失效且多普勒失效时刻大于设定值，则将多普勒失效时刻和前m个时刻的模型输入、以及多普勒失效时刻和前m个时刻的多普勒输出速度输入至训练好的多普勒预测模型中，预测得到下一时刻多普勒输出速度，m＞1；并利用预测得到的多普勒输出速度进行组合导航；

其中，所述模型输入为捷联惯导/多普勒组合导航系统输出的方向余弦矩阵和速度的乘积；且所述多普勒预测模型利用处于组合导航状态时的输入值序列以及多普勒输出速度序列进行训练得到。

上述技术方案的有益效果为：本发明在多普勒有效的情况下，利用组合导航系统的数据以及多普勒输出速度对多普勒预测模型进行训练，从而使得在多普勒失效后，利用多普勒预测模型便可预测得到多普勒输出速度，保证导航数据不间断，短期维持组合导航系统的精度。而且，本发明的多普勒预测模型的输入为利用SINS/DVL组合导航得到在载体系下的速度，输出为多普勒载体系下的速度，二者同为速度序列，由SINS/DVL组合导航得到的速度能在一定程度上反映多普勒速度的变化趋势，从而提高预测的精度。

进一步的，步骤2)中，所述多普勒预测模型为神经网络模型。

进一步的，为了对多普勒输出速度进行准确预测，所述神经网络模型为非线性自回归神经网络模型。

进一步的，所述捷联惯导/多普勒组合导航系统中的惯性导航系统的误差速度方程、姿态误差方程为：