利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2025100486906
申请人: 河北工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种基于多传感器融合的水下自主航行器精确导航方法,其特征在于,AUV母船上设有:惯导INS1、USBL、GNSS,AUV上设有:惯导INS2、DVL、深度计和应答器;母船跟随AUV行进方向,AUV不超出USBL作用距离;

包括以下步骤:

S1,在湖中标定DVL速度校正系数和安装偏角;

S2,AUV在深海下潜前进行惯导对准;对准后下潜;

S3,到达作业区域后,AUV基于割草机路径进行标定作业,直线航行一次,同时标定一次,具体包括:S31,在标定作业的起点和终点通过GNSS和USBL获得AUV的位置;标定作业过程中,INS2与DVL进入组合导航模式;

S32,DVL安装偏角与速度校正系数计算;

S33,将步骤S32得到的标定结果与原有湖试结果进行对比,如果安装偏角小于第一设定阈值,则替换湖试标定的速度校正系数;如果安装偏角超出第一设定阈值,则重新标定;

S4,在下一个航次验证标定,结果无误后,可后续直接作业,包括:AUV利用新的标定参数进行验证,继续INS2/DVL组合模式;将验证终点USBL给出的AUV位置与INS2/DVL组合导航位置进行对比,如果定位误差精度满足要求,则继续INS2/DVL组合导航。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S2中:利用INS1和INS2分别接收GNSS信息进行对准,其中,INS1运行惯导模式;INS2运行两种工作模式:惯导模式与罗经模式,惯导模式用于与DVL组合给AUV提供导航信息;罗经模式用于提供航姿信息,与速度信息DVL进行推位组合,用来标定安装偏角与速度校正系数。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S31中,在标定作业的起点和终点通过GNSS和USBL获得AUV的位置的步骤,具体包括:在标定作业的起点和终点,AUV处于悬停状态;

利用母船上的USBL探测AUV上应答器的方向及相对位置,根据USBL给出的应答器的方位角和斜距,如果斜距和AUV上深度计的值一样,且方位角为零,则判定应答器即AUV在USBL正下方,确定此时母船与AUV在同一个位置,只是高度不同;

这时,利用母船的GNSS位置信息确定USBL的位置,进而利用USBL测得其与应答器之间的位置关系,即可确定AUV在深海的位置;

其中,利用母船的GNSS位置信息确定USBL的位置时,如果母船上GNSS与USBL所处的三维坐标距离超出第二设定阈值,则需要补偿USBL的杆臂,补偿方法如下:为惯导INS1的姿态阵, 为GNSS与USBL载体系的三维坐标距离, 为GNSS与USBL地理系的三维坐标距离;

则USBL基阵所在位置( , )与GNSS的位置( , )之间的关系为:为子午圈的主曲率半径, 为卯酉圈的主曲率半径, 为 函数倒数,为当地纬度。

4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述步骤S32的具体计算方法包括:航向安装偏差角Φ为:

Φ=

其中, 为标定起始点与理论上终点连线与北向轴夹角, 为起始点与计算终点连线与北向轴夹角:,

其中, 和 表示AUV在东向和北向上的真实位移,利用USBL确定的终点与起点计算; 和 表示INS2/DVL组合导航过程中,通过推位测量的东向与北向的位移,其中利用INS2罗经模式提供的航姿与DVL进行推位计算;

速度校正系数为:

其中, 为理论上的位移:

为计算位移:

5.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:设置验证段:AUV利用新的标定参数进行从C点运动到D点,在该过程中,利用卡尔曼滤波方程计算出INS2/DVL组合导航的位置信息;

以D 点的USBL位置经平滑处理后的位置作为真值,对比在D点的INS2/DVL组合导航位置,如果组合导航的定位误差满足要求,则继续INS2/DVL组合导航。