[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

说明书

技术领域

本发明涉及水下目标导航定位技术领域，尤其涉及一种基于单个海底应答器的水 下航行器组合导航方法。

背景技术

水下航行器的导航定位是水声技术领域关注的一个重要问题。水下航行器目前主 要有两种导航方式，一种是以惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)为主的组 合导航方法，参与组合导航的主要包括GPS、静电陀螺监控器、地形辅助导航系统、多普勒测 速系统(DopplerVelocityLog，DVL)及推算船位等。INS的精度主要取决于惯性器件，导航 精度误差会随着时间的积累不断增加。第二种是长基线水下航行器导航定位方法，依赖布 放于海底的多个水声应答器进行球面交汇对航行器进行导航。长基线的导航定位精度较 高，但多个海底应答器覆盖的导航区域有限，效率偏低，且需要对多个海底应答器进行布放 回收，工程实施复杂性及风险较大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于单个海底应答器的水下航 行器组合导航方法。该方法是预先在水下航行器的活动区域布放一个海底应答器，并测出 其位置信息，水下航行器发射周期性的询问信号，应答器收到询问信号后产生应答信号，航 行器通过估计应答信号的时延可测量出与应答器之间的距离及精度，最后通过数据融合将 海底应答器的测距结果与航行器自身组合导航的测量结果进行空间交汇后可大幅提高导 航精度，且随着询问脉冲周期不断减小，导航定位精度将逐渐提高。与传统的水下航行器组 合导航技术相比，具有导航精度高的优势，且随着时间的累积优势越明显；与长基线导航定 位方法相比，只需布放单个海底应答器即可覆盖较大的导航区域，大幅提高了费效比并降 低了工程风险。

本发明所采用的技术方案是：基于单个海底应答器的水下航行器组合导航方法， 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。

作为本方案的一个优选的技术方案，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。

作为本方案的一个优选的技术方案，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：