[发明专利]一种基于因子图优化的UUV多海域综合导航系统设计方法

说明书

本发明提供一种基于因子图优化的UUV多海域综合导航系统设计方法以实现以惯导为核心的UUV多海域信息融合定位，该方法将海域分为浅海域、深远海域以及极区海域，通过分析各个海域的传感器可用性，对传感器进行最优组合以满足长航时多海域的情况。本发明解决UUV传统组合导航下只针对某一特定环境下的导航问题，长航时的能耗问题以及传感器异步异构问题。

技术领域

本发明涉及多源信息融合、极地导航、组合导航领域，具体为一种基于因子图优化的UUV多海域综合导航系统设计方法。

背景技术

无人水下潜航器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作为一种自主能力强、可控制性好、续航时间长的海洋装备，在海洋开发和勘探和军事领域方面发挥着重要的作用。由于UUV体积小，属于智能高技术集成体，所以它本身所能携带的能源和质量都会受到一定程度的限制。并且水下环境不同于陆地和空中的另一特点是定位难度大，导航定位传感系统在复杂多变的海洋环境下易出现短时间的定位失效，此时UUV当前位置，速度及姿态等导航参数不能被正常反馈。传统的组合导航系统往往是针对特定环境设计的，不能适应不断变化的作战环境和要求。水下工作环境具有很强的复杂性和未知性，因此，要想达到以上的目标，UUV高精度的导航定位系统是必不可少的。它是UUV安全作业以及顺利返航的重要保障。

水下导航信息源没有陆地上面的多，UUV在水下的常用导航传感器有惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)、罗经、多普勒测速仪(Doppler Velocity Log,DVL)、全球定位系统(Global Position System,GPS)、深度计、模型辅助导航(当UUV在水下航行时，由于水下复杂的环境，DVL可能因为海底太深无法探测到对底速度，此时可以以模型辅助导航)、长基线(Long Base Line,LBL)、短基线(Short Base Line,SBL)和超短基线(Ultra Short Base Line,USBL)等等。系统的计算复杂度与使用的传感器数量成正比，且在部分情况下，载体的能源消耗限制也不允许系统使用过多的传感器。同时，由于各个传感器有不同的缺陷，适合的使用场景不同，有些时候，增加一个传感器不仅会增加计算复杂度，反而还会使定位精度下降。此外，部分传感器的定位精度还会受到载体运动状态的影响。此外，当UUV航行到高纬度地区甚至极区时，传统的惯导解算将会失效，这将严重影响到UUV的安全，因此及时判断当前纬度并且切换为游移方位惯导解算是必须的。

虽然信息的增多给了系统提升性能的条件，但由于当前系统引入了多种导航定位传感器，信息种类增多，信息量激增，此时将产生UUV长航行时的电源功耗和多传感器并行使用耗电问题面对不同种类的导航信息如何提取并有效利用将是多传感器信息融合所要开展研究的关键内容，并且还有各个传感器的异步异构问题。因此需要设计一种UUV在多种海域情况下的有用传感器的即插即用，传感器选择后能耗低，并且在高纬度地区将传统的惯导解算切换为游移方位的惯导解算来保障UUV的导航精度并安全航行。

发明内容

本发明的目的是为了解决UUV传统组合导航下只针对某一特定环境下的导航问题，长航时的能耗问题以及传感器异步异构问题而提供一种基于因子图优化的UUV多海域综合导航系统设计方法。

一种基于因子图优化的UUV多海域综合导航系统设计方法，包括以下步骤：

步骤1：实时监测UUV当前导航参数状态；

步骤2：对当前状态的传感器进行可用度分析；

步骤3：根据当前导航参数与电量选择惯导工作模式与最优传感器组合；

步骤4：将传感器量测抽象为因子节点，导航参数误差抽象为状态节点采用iSAM2进行因子图融合。

本发明还包括这样一些特征：

1.所述步骤2具体为基于卡方检测的故障检测算法来对传感器进行可用度分析。