[发明专利]AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法

摘要

本发明提供一种AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法，包括如下步骤：启动多波束声呐和深度计采集数据，同时通过声速剖面仪采集的声速信息对每一个ping进行修正。通过地形匹配方法确定两个时刻之间的准确相对位置，从而得到惯导系统的最终导航误差。将惯导系统简化为弹簧模型，通过弹簧的刚度系数公式计算各个节点误差与实际最终导航误差的关系。通过地形连续性的方法确定各个时间节点对于最终误差的权重。将最终时刻误差分配到各个时间节点。本发明构建海底地形图过程中不依赖GPS信息，可由水下机器人携带，完成对较深海域的海底地形测绘，构建的地图一致性较好，各个时间节点误差小，可作为先验地形图用于水下地形匹配导航中。

主权项

1.AUV配载多波束声呐水下地形测绘修正方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)启动惯性导航系统，得到惯性导航系统对于AUV的估计位置，估计位置表示为启动多波束测深系统采集数据；(2)结合惯性导航系统给出的估计位置坐标和多波束测深系统采集的数据，更新初始地图；(3)根据更新的初始地图，对是否进入可进行地形匹配的区域进行判断：未进入则返回步骤(2)；进入则使用更新的初始地图与当前地形进行地形匹配，确定路径首尾端之间的准确相对位置e＝x_n‑x₀，其中X＝{x₀,x₁,...,x_n}为AUV真实路径的节点坐标，通过惯性导航给出的首尾估计相对位置从而得到惯导系统的最终导航误差ε：同时，从i＝1时刻开始到i＝n时刻结束，根据上一时刻(i‑1时刻)构建的初始地图，结合当前时刻得到的惯性导航系统给出的坐标和多波束测深系统采集的数据，通过地形连续性的方法确定各个时间节点对于最终误差的权重θ_i＝‑lnp(z_i|x_i)(i＝1,...,n)；将量测模型简化为：式中：测量值z_i为i时刻的多波束测深系统测得地形高程数据，为根据i‑1时刻构建的初始地图和当前时刻得到的惯性导航系统给出的坐标估计的地形高程数据，v_i和v_i′均是测量误差，当前性导航系统指示位置是由上一点推算的实际位置的概率为：式中：σ_e＝diag(σ₁,σ₂,...,σ_k)是由各个采样点方差组成的对角阵，N表示每一个时间节点的采样点个数，z_i,k表示第i时刻第k条测线获得的地形高度数据，表示对应于z_i,k位置由性导航系统估计的坐标推算出的高度值，的取值范围在[0,1]，则权重θ_i为：θi＝‑lnp(zi|xi),(i＝1,...,n)；(4)根据得到的最终导航误差ε和各时刻权重θi(i＝1,...,n)，计算各时刻AUV相对于惯性导航系统估算位置的偏移量vi(i＝1,...,n)：根据AUV的惯性导航系统状态方程最终导航误差ε简化为式中：u_i‑1为i‑1时刻的真实输入，v_i‑1为i‑1时刻的误差，而则将惯性导航系统简化为弹簧模型，根据弹簧的受力形变公式：建立递推模型，得出vi(i＝1,...,n)；(5)根据得到的各时刻AUV相对于惯性导航系统估算位置的偏移量vi(i＝1,...,n)，修正各个多波束测点的坐标xi,k’＝xi,k+vi，实现地图的修正。