[发明专利]基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航系统

摘要

本发明公开了一种基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航系统，包括SINS系统、GPS接收机、DVL计程仪和数据融合中心，所述SINS系统、GPS接收机、DVL计程仪和数据融合中心均安装在AUV上；当AUV位于水面时，所述优化滤波模块结合SINS系统导航信息，对应于SINS系统的伪距、伪距率，以及GPS接收机输出的可用星历数据进行滤波融合计算，得到校正信息；当AUV位于水下时，所述优化滤波模块结合SINS系统输出的导航信息，以及DVL计程仪输出的三维航速信息进行滤波融合计算，得到校正信息。本发明提高了系统导航定位精度及鲁棒性，实现了不间断的水下及水面载体高精度导航跟踪功能。

主权项

基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航系统，其特征在于：包括SINS系统、GPS接收机、DVL计程仪和数据融合中心，所述SINS系统、GPS接收机、DVL计程仪和数据融合中心均安装在AUV上；所述SINS系统包括IMU元器件及IMU处理单元，所述IMU元器件用于检测AUV的惯性数据，并输出至IMU处理单元，所述IMU处理单元对惯性数据进行导航积分计算，获得AUV在导航坐标系下的导航信息；所述GPS接收机用于接收并输出AUV的导航测量信息、可用星历数据以及卫星健康状态；所述DVL计程仪用于测量AUV相对于海底的纵向及横向三维航速信息；DVL计程仪为基于多普勒效应的四波束绝对速度测量装置，包括换能器、收发器和接口单元，所述收发器包括发射系统、接收系统和计算补偿电路；所述换能器为声电换能器，安装于AUV底端距艏部约1/3处，数目为四，依艏艉线呈对称安装，用于将发射系统输出的电信号转换为声信号后发出，并将回波信号转换为电信号后输出至接收系统；所述发射系统用于产生具有一定频率、一定脉冲宽度和功率的电振荡信号并发送给换能器，所述接收系统用于将换能器输出的电信号进行放大处理后求得多普勒频移并转换为三维航速模拟信号送给接口单元，接口单元将发射系统输出的三维航速模拟信号转换为三维航速，并以数字方式输出；所述数据融合中心用于信息融合并输出校正后的组合导航信息，包括传感器信息转换模块和优化滤波模块；所述传感器信息转换模块结合GPS接收机输出的可用星历数据和SINS系统输出的导航信息，计算得到对应于SINS系统的伪距、伪距率；所述优化滤波模块结合SINS系统的导航信息，对应于SINS系统的伪距、伪距率，以及GPS接收机输出的可用星历数据和DVL计程仪输出的三维航速信息进行滤波融合计算，得到校正信息；通过校正信息对SINS系统输出的导航信息进行校正，最终得到校正后的组合导航信息；当AUV位于水面时，所述优化滤波模块结合SINS系统的导航信息，对应于SINS系统的伪距、伪距率，以及GPS接收机输出的可用星历数据进行滤波融合计算，得到校正信息；当AUV位于水下时，所述优化滤波模块结合SINS系统输出的导航信息，以及DVL计程仪输出的三维航速信息进行滤波融合计算，得到校正信息；所述优化滤波模块综合了Kalman滤波器和H∞滤波器，对于输入的观测值Z，所述优化滤波模块的滤波过程包括如下步骤：(1)计算Kalman滤波器在tk时刻状态估计：(2)计算H∞滤波器在tk时刻状态估计：(3)计算Kalman滤波器的性能指标Mk；(4)计算自适应调节权值：(5)计算系统综合状态估计：其中，M2为Kalman滤波方法高精度运行的上临界，M∞为Kalman滤波方法低精度运行的下临界，dk∈[0,1]表示对Kalman滤波器的信任度，a和b为设计参数，1＜a≤5，1＜b≤10。