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专利号: 2025100649570
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
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于GNSS双天线/低精度SINS/DVL的AUV定位定向方法,包括以下步骤:S1,标定DVL与GNSS速度校正系数;

S2,在AUV上固定GNSS双天线和所述低精度SINS,GNSS双天线的固定孔位与DVL孔位一致,将步骤S1中标定完的DVL安装在AUV下方;

S3,在水面时,基于低精度SINS和GNSS双天线的航向信息、速度、位置进行组合,通过Kalman算法,得到AUV系统的航向,姿态、位置、速度信息;其中,以GNSS双天线的航向为基准,确保惯导系统的航向与GNSS双天线的航向一致,对准组合后保持一致;

S4,AUV潜入水下后,GNSS信号无效,先由低精度SINS提供给AUV航向,姿态;

S5,在AUV下潜入一段时间后,在DVL对底有效后,基于低精度SINS的航姿信息和DVL的测速信息进行组合,基于Kalman滤波算法,利用步骤S1中计算的速度校正系数修正DVL速度,得到AUV系统的航向、姿态、速度、位置信息;

所述步骤S1的方法包括:

将DVL与GNSS分别固定到船上,通过差分信号同步触发系统,使GNSS速度与DVL速度同时输出,并保证速度信息有效,频率1Hz,直线航向设定距离,记录对应速度,计算两者的速度累加值的比值,即速度校正系数k;

如果有多个DVL可同时标定,分别计算对应的速度校正系数即可;

所述步骤S1的具体步骤包括:

数据同步:将DVL和GNSS分别固定到船上;使用GNSS的差分信号进行时间同步,确保两者的时间戳一致;以1Hz的频率记录数据,即每秒记录一次;

数据记录:

直线航向行驶设定距离,该过程中,记录DVL和GNSS的速度数据;如果有多个DVL,则分别记录每个DVL的速度数据;

速度累加值计算:

对于每个时间戳t,计算DVL和GNSS的速度累加值;假设 表示第i个时间戳时DVL的速度,  表示第i个时间戳时GNSS的速度;

则DVL的速度累加值为:

则GNSS的速度累加值为:

其中,n为总的时间戳数量;

计算速度校正系数k:

对于每个DVL,计算速度累加值的比值:

如果有多个DVL,则分别计算每个DVL对应的速度校正系数,结果输出每个DVL的速度校正系数k。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括:Kalman系统滤波模型形式如下:

其中,状态变量X为如下12维:

上式中, 、 、 为姿态误差, 、 为速度误差, 、 为位置误差, 、 、为陀螺零偏误差, 、 为加速度计零偏误差;

观测量取SINS的航向,速度和位置误差,即:其中,Head为解算得到的航向,HeadGNSS代表GNSS双天线的航向, 、 为解算得到的东速、北速, 、 分别代表GNSS的东速、北速, 、 分别代表解算得到纬度、经度,、 分别代表标定地点的纬度、经度;

以解算的航向、速度、位置和GNSS的航向、速度、位置差作为观测量,采用Kalman算法,对航向、速度、位置信息进行滤波和校正,得到AUV系统的航向、姿态、速度、位置信息。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S5具体包括:Kalman系统滤波模型中,观测量取SINS的速度误差,即:其中, 、 为解算得到的东速、北速, 、 分别代表DVL的东速、北速,k为速度校正系数, 、 为速度误差;

由于DVL/SINS组合导航过程中,DVL的速度有效,因此选取速度误差作为系统的观测量,则观测量矩阵Z表示为:其中,为SINS的速度,v为DVL的速度,X为状态变量,V是观测噪声,观测矩阵为;

校正DVL组合速度:利用当前的误差最优估计校正SINS测量数据得到的状态量;速度校正通过SINS对参数的估计值与估计误差简单相减来修正;

采用Kalman算法,对速度信息进行滤波和校正,得到AUV系统的航向,姿态,速度,位置信息。

4.根据权利要求1‑3中任一所述的方法,其特征在于,所述低精度SINS的精度为:航向精度优于0.5°*sec(φ) /1σ,φ为当地纬度,姿态精度优于0.05°/1σ,航向保持度为0.1*sec(φ)°/h,姿态保持度精度优于0.01°/1σ。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:S6,经过设定时间水下航行后,重复上述步骤S2‑S5。