[发明专利]一种基于单个海底应答器的水下航行器组合导航方法

权利要求书

1.基于单个海底应答器的水下航行器组合导航方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、在海区布放1枚海底应答器，并测量出此海底应答器的准确位置，海底应答器的作 用范围为6km，由此对水下航行器形成了以海底应答器为球心、半径为6km的球形覆盖区域；

(2)、航行器发射周期为8s询问脉冲，当航行器进入海底应答器的覆盖区域时，海底应 答器接收到询问脉冲后产生应答信号，航行器基于应答信号和自身组合导航测量结果进融 合，形成提高导航精度的导航路径。

2.根据权利要求1所述的基于单个海底应答器的水下航行器组合导航方法，其特征在 于：所述的组合导航采用GPS、惯性导航系统和多普勒测速系统的组合方式。

3.根据权利要求1所述的基于单个海底应答器的水下航行器组合导航方法，其特征在 于：所述的应答信号和自身组合导航测量结果进融合的过程为：

建立坐标系统，假定航行器的深度不发生变化，将模型简化为二维平面内的运动；

选取潜艇位置、速度、加速度作为系统的状态；

航行器下潜前由GPS提供准确的初始位置，下潜后由惯性导航系统测量航向角和加速 度，多普勒测速系统测量航行器相对于海底的速度，假定航行器的位置x、y，沿纵轴航行方 向的对地速度u，垂直于纵轴方向的对地速度v，则导航模型可建立如下非线性状态方程：

dxdt=u sinθ-v cosθ+n1dydt=u cosθ+v sinθ+n2dudt=au+n3dvdt=av+n4(x-xs)2+(y-ys)2=r2---(1)]]>

式中θ为航向角，x_s、y_s为应答器坐标，r为航行器与海底应答器之间的距离，a为加速度， n为系统噪声；

采用航迹推算数据融合方法，在状态方程的基础上进行航迹推算，即根据航行器t_k及之 前时刻的状态推算t_k+1时刻的状态，已知初始位置和航向，利用惯性导航系统和多普勒测速 系统提供的数据依次递推，即可计算出任意时刻的位置和航向，推算方程如下：

xk+1=xk+dxkdt·Δtyk+1=yk+dykdt·Δt(rk-Δr)2≤(xk-xs)2+(yk-ys)2≤(rk+Δr)2kΔt=nT---(2)]]>

式中Δr为应答器的测距精度，T为询问脉冲的发射周期，考虑到实际情况，式(2)可进 一步表示为：

xk+1=x0+Σi=1kdi·sinθiyk+1=y0+Σi=1kdi·cosθi(rk-Δr)2≤(xk-xs)2+(yk-ys)2≤(rk+Δr)2kΔt=nT---(3)]]>

式中θ_i为t_i时刻的航向角，d_i为t_i时刻至t_i+1时刻的航行距离。