[发明专利]一种基于多传感器组合的短期水下AUV隐蔽导航方法

说明书

本发明公开了一种基于多传感器组合的短期水下AUV隐蔽导航方法，属于船用设备技术领域，用于AUV的隐蔽导航定位，包括采用精确的自适应声线跟踪算法得到精确的声学定位的基础上，在浅水AUV隐蔽导航时，将声学定位结果、惯性导航结果和深度计通过自适应神经网络算法得到准确的高频位置、速度和姿态信息并进行导航；在深水区AUV隐蔽导航时，则是依赖声学定位结果、惯性导航结果、深度计和多普勒测速仪传感器进行数据融合。而声学定位设备是安装在海面按一定构型布设的无人船编队上。本发明在无卫星导航系统辅助下，通过多传感器的组合实现对水下AUV的短期隐蔽导航。

技术领域

本发明公开了一种基于多传感器组合的短期水下AUV隐蔽导航方法，属于导航技术领域。

背景技术

随着国家透明海洋战略的提出和发展，海洋资源开发成为了各海洋强国的重要发展目标，海洋中蕴藏了丰富的天然气、石油资源亟待开发。海底管道铺设、海洋科考、海洋救援等活动都需要知道自己所处的位置信息，水下航行器的发展无疑成为了海洋各项活动必不可少的工具。目前卫星导航系统是最为稳定、精度最高的定位方式被应用于军事、农业、汽车自动驾驶等各个领域。它是通过接受卫星发射的测距码或载波相位精确测量卫星到接收机的距离，通过后方距离教会实现定位。在陆地上或近海可以通过RTK相对定位实现厘米级—分米级的定位精度，在远海场景下一般通过精密单点定位或星站差分技术实现精准定位。但是在一些，因为卫星导航系统存在天然的脆弱性，即容易被跟踪和干扰，因此在隐蔽AUV导航等特殊场景下无法使用。AUV由于体积小、活动范围广、隐蔽性高的优点而在军事、民用等各个领域被广泛应用，例如水下侦察、海底地形探测、海事救援、水下光电缆铺设等。

在某些特殊应用场景下，AUV需要进行隐蔽性导航，特别是在一些军事活动中不能借助外部容易侦察和干扰的信号，此时卫星导航系统就无法提供给载体平台位置信息。惯性导航系统是采用航位推算的方式实现导航定位，不需要外部信息的输入性，因具有极强的隐蔽性而用在潜艇、导弹等军事设施中，它的原理是用牛顿积分对加速度计和陀螺仪输出的信息进行积分得到位置、速度和姿态信息。该系统不需要依赖外界信息，也不会向外界辐射能量，具有很好的隐蔽性，但存在误差累积的问题，因此需要配合多种传感器一起进行使用。长基线水声定位系统的定位精度高，配合惯性导航系统及其它辅助系统可以实现短期对AUV的导航。

发明内容

本发明公开了一种基于多传感器组合的短期水下AUV隐蔽导航方法，以解决现有技术中，AUV水下定位精度较低的问题。

一种基于多传感器组合的短期水下AUV隐蔽导航方法，包括：

S1.船底的水声换能器以一定的频率发射声学信号，位于AUV上的应答器接收到信号后反射应答信号到水声换能器；

S2.当存在三个及以上的海面观测值时，通过距离交会得到最优位置信息，将传播时间作为待估参数一起参与求解以避免传播信号在水下环境延迟带来的误差；

S3.使用声线跟踪算法实现精确定位；

S4.获得声信号传播时间t_i后，与实际测得的传播时间T_i做差，得到时间差t_i，乘以声速c得到传播距离；

S5.进行AUV的隐蔽导航，根据传感器的精度和适用环境的不同，AUV的导航分为两种情景：浅水导航和深水导航，导航传感器的选择根据深度计信息自由切换。

优选地，S1包括：通过测量声信号的传播时间乘以声信号传播速度得到距离：

，式中表示测距信息，表示声信号传播的声速，表示信号传播时间，，N表示无人船的数量；为水声换能器和应答器之间的欧氏距离；为等效测距误差。