[发明专利]基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法

说明书

本发明涉及一种基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法，其技术特点是：基于主惯导、参考惯导之间速度差值、以多普勒速度为基准的两套惯导速度观测误差，获取两套惯导纬度误差中地球周期振荡项相位；利用相位信息将两套惯导经度差值、纬度差值中地球周期振荡项分解，获取两套惯导各自经度、纬度误差中地球周期振荡项；主惯导补偿地球周期振荡误差后的经纬度用作物理场测量的位置基准，进行物理场特征匹配，以匹配位置为基准得到tsubgt;p/subgt;时刻惯导经纬度误差；最终获得惯导精确的经度、纬度误差估计。本发明合理，可用于惯导误差源估计和补偿校正，将克服惯导误差随时间累积的问题，显著提升水下平台长航时自主导航定位精度。

技术领域

本发明海洋导航技术领域，涉及深远海平台水下自主导航系统，尤其是一种基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法。

背景技术

由于卫星导航、天文导航等多种导航手段水下应用受限，因此，深远海平台主要以惯性导航为主，其能力有限，与日益增长的长周期高精度导航信息保障需求还存在较大差距。

惯性导航系统的输出信息具有高分辨率、实时性、全参量等特性，是水下平台长航时导航的核心手段，但其误差随时间累积发散导致精度下降，难以满足水下长期导航要求。有必要针对惯性导航系统误差特性，利用水下多源导航信息，实现对惯性导航系统的经纬度误差的精确估计和补偿，从而提升长时间导航精度。

海洋重力、地磁场是地球固有的矢量物理场，海底水深属于地球固有几何属性，重力异常、地球异磁场、海底地形随时间变化小，特征稳定，在特征海域可通过匹配算法获取载体高精度位置信息，可用于惯导累积误差的校正。但由于惯导误差表现为振荡发散，振荡误差项不仅影响物理场特征匹配定位性能，同时影响物理场匹配定位信息对惯导的校正效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法，解决深远海水下环境长航时惯导误差变化检测和估计难题，提升水下平台长周期精确导航信息保障能力。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于多手段融合的水下自主导航系统误差监测与估计方法，包括以下步骤：

步骤1、基于t₀-t₁期间基于主惯导和参考惯导两套惯导之间速度差值、以多普勒速度为基准的两套惯导速度观测误差，获取两套惯导纬度误差中地球周期振荡项相位

步骤2、依据相位将t₀至当前t₂时刻的两套惯导经度差值、纬度差值中的地球周期振荡项分解，获取两套惯导各自经度误差、纬度误差中的地球周期振荡项，主惯导经度误差、纬度误差中地球周期振荡项记为LonerrE1、LaterrE1；

步骤3、利用LonerrE1，LaterrE1中最后一个周期的频率、幅值、相位外推t₂至未来t′时刻的主惯导经度误差、纬度误差中地球周期振荡项LonerrE2、LaterrE2，则t₀-t′期间主惯导经度误差、纬度误差中地球周期振荡项为LonerrE＝[LonerrE1，LonerrE2]、LaterrE＝[LaterrE1，LaterrE2]；

步骤4、主惯导经度、纬度输出Loni、Lati中补偿地球周期振荡项后得到 Lon1＝Loni-LonerrE、Lat1＝Lati-LaterrE，以Lon1、Lat1为位置基准将载体在特征航迹集上海洋物理场传感器测量得到的时间序列转换为空间序列，应用匹配算法将特征航迹集的物理场测量空间序列与背景图特征匹配获取t_p时刻匹配位置，以匹配位置为基准信息估计t_p时刻惯导经纬度误差LonerrM，LaterrM；

步骤5、将主惯导经度、纬度误差地球周期振荡项和物理场匹配位置估计的经纬度误差组合，获得惯导精确的经度误差估计、纬度误差估计：