CN106123926B - 一种基于gps信息修正惯导位置误差的uuv离线标图方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图方法。步骤一：记录UUV出水时刻GPS观测的经纬度；步骤二：计算惯导的累积漂移量；步骤三：近似线性化惯导累积漂移；步骤四：逐拍修正惯导位置进行离线标图。本发明在现有在线修正惯导误差的技术方案基础上，利用UUV出水时刻GPS观测的准确经纬度信息，通过近似线性化惯导累积漂移，将惯导的累积漂移量根据UUV在水下航行的时间，平均分配到惯导观测的各拍位置数据当中，逐拍修正惯导位置进行离线标图，能进一步提高UUV的定位标图精度。

Description

一种基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图方法

技术领域

本发明涉及的是一种利用惯导位置信息进行UUV离线标图方法。

背景技术

水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)在执行高精度地形勘测等任务时，要求将观测数据准确地进行定位标图，因此要求UUV在水下作业过程中准确观测位置信息。目前，UUV水下导航多依靠惯导，但纯惯导工作模式下导航误差很大，即使是惯导与多普勒计程仪组合导航工作模式下，圆概率误差也只能限制在5‰,对于UUV执行更高精度的标图任务，并不能满足要求。

针对惯导误差导致的UUV离线标图精度不高这一技术难题，国内外众多学者在误差修正方面进行了深入研究。如陈建华等在文献“基于水声传播时延补偿的惯导误差修正方法”(《舰船科学技术》，2016年，第38卷，第3期，P97-P100)中利用扩展卡尔曼滤波技术，通过对惯导系统位置误差状态的前推与重构，补偿了因水声时延导致的惯导观测误差。李东亮等在文献“捷联惯导系统的误差修正方法”(《科学技术与工程》，2010年，第10卷，第22期，P5606-P5608)中依据平台惯导系统的输出信息,应用自适应滤波理论设计信息校正网络，对捷联惯导系统进行误差修正。而文献“Compensation for Stochastic Error of Gyrosin a Dual-axis Rotational Inertial Navigation System”(基于陀螺随机误差补偿的双轴旋转惯性导航系统)(Journal of Navigation,Jan 2016,vol.69,No.22,P169-182)从提高双轴旋转部件的精度入手，通过两次位置重置，补偿了陀螺的随机漂移误差。上述研究方法皆为在线修正惯导位置误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种进一步提高UUV的定位标图精度的基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤一：记录UUV出水时刻GPS观测的经纬度；

步骤二：计算惯导的累积漂移量；

步骤三：近似线性化惯导累积漂移；

步骤四：逐拍修正惯导位置进行离线标图。

本发明还可以包括：

1、惯导的累积漂移量的计算公式为：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

其中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分别为GPS与惯导在UUV出水时刻观测的经纬度。

2、所述近似线性化惯导累积漂移具体包括：将惯导的累积漂移作近似线性化处理，即将惯导的累积漂移视为时间的一次函数，根据UUV在水下航行的时间，将累积漂移量Δ(λ,L)平均分配到惯导观测的各拍数据当中，惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)满足

其中，N为UUV在水下定位标图过程中惯导观测位置数据的拍数。

3、所述逐拍修正惯导位置进行离线标图具体包括：对于惯导观测的第m拍位置数据(λ_m,L_m)，根据惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)，得到第m拍修正后的离线标图位置表示为，

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N。

本发明的技术要点主要体现在：

UUV在出水时刻GPS与惯导会同时观测到一组位置数据，即经纬度信息。由于GPS的定位精度高达万分之一，因此可以将其作为基准来修正惯导观测的位置数据。将这两组经度、纬度值分别作差，可以得到UUV在整个航行过程当中，惯导在经纬度方向上的累积漂移量，计算公式如下：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

式中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分别为GPS与惯导在UUV出水时刻观测的经纬度。

由惯导的测试曲线得知，惯导漂移具有不确定性，因此很难用某一确定函数来准确描述。本发明将惯导累积漂移作近似线性化处理，即将惯导的累积漂移视为时间的一次函数。根据UUV在水下航行的时间，将计算出的累积漂移量Δ(λ,L)平均分配到惯导观测的各拍位置数据当中。惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)满足

式中，N为UUV在水下定位标图过程中惯导观测位置数据的拍数。

对于惯导观测的第m拍位置数据(λ_m,L_m)，根据计算出的惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)，可以推倒出第m拍修正后的离线标图位置，如下式所示。

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N

本发明具有如下独特优势：

本发明在现有在线修正惯导误差的技术方案基础上，利用UUV出水时刻GPS观测的准确经纬度信息，通过近似线性化惯导累积漂移，将惯导的累积漂移量根据UUV在水下航行的时间，平均分配到惯导观测的各拍位置数据当中，逐拍修正惯导位置进行离线标图，能进一步提高UUV的定位标图精度。

附图说明

图1为基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图流程图。

图2为近似线性化惯导累积漂移的UUV离线标图方法。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步描述。

结合图1，基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图流程图主要包括以下几个步骤：

步骤一：记录UUV出水时刻GPS观测的准确经纬度；

步骤二：计算惯导的累积漂移量；

步骤三：近似线性化惯导累积漂移；

步骤四：逐拍修正惯导位置进行离线标图。

结合图2，近似线性化惯导累积漂移的UUV离线标图方法，可以推倒出惯导观测到的各拍位置数据修正以后的离线标图位置。

所述步骤二的具体实现过程为：

UUV在出水时刻GPS与惯导会同时观测到一组位置数据，即经纬度信息。由于GPS的定位精度高达万分之一，因此可以将其作为基准来修正惯导观测的位置数据。将这两组经度、纬度值分别作差，可以得到UUV在整个航行过程当中，惯导在经纬度方向上的累积漂移量，计算公式如下：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

式中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分别为GPS与惯导在UUV出水时刻观测的经纬度。

所述步骤三的具体实现过程为：

UUV从A点入水，惯导由GPS进行初始校准，同时观测第一拍经纬度数据(λ₁,L₁)；UUV从B点出水，此时GPS与惯导观测的经纬度分别为(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)。通过近似线性化惯导累积漂移Δ(λ,L)，可以将其平均分配到惯导观测的各拍位置数据当中。

假定UUV在B点出水时刻，惯导共观测到N拍位置数据，则UUV在水下的航行时间为(N-1)T，其中，T为惯导观测一拍位置数据所需的时间。由于本发明将惯导的累积漂移视为时间的一次函数，因此，惯导在观测每拍位置数据时产生的漂移量Δ₁(λ,L)可以通过下式计算。

所述步骤四的具体实现过程为：

对于惯导观测的第m拍位置数据(λ_m,L_m)，根据上式计算出的惯导的单拍漂移量Δ₁(λ,L)，可以推倒出第m拍修正后的离线标图位置，如下式所示。

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,……,N

将惯导观测的N拍位置数据逐一修正后，即完成了UUV的离线标图任务。

Claims (2)

1.一种基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图方法，其特征是：

步骤一：记录UUV出水时刻GPS观测的经纬度；

步骤二：计算惯导的累积漂移量；

步骤三：近似线性化惯导累积漂移，具体包括：将惯导的累积漂移作近似线性化处理，即将惯导的累积漂移视为时间的一次函数，根据UUV在水下航行的时间，将累积漂移量Δ(λ,L)平均分配到惯导观测的各拍数据当中，惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)满足

其中，N为UUV在水下定位标图过程中惯导观测位置数据的拍数；

步骤四：逐拍修正惯导位置进行离线标图，具体包括：对于惯导观测的第m拍位置数据(λ_m,L_m)，根据惯导在每拍数据上产生的漂移量Δ₁(λ,L)，得到第m拍修正后的离线标图位置表示为，

(λ′_m,L′_m)＝(λ_m,L_m)+(m-1)Δ₁(λ,L)m＝1,2,······,N。

2.根据权利要求1所述的基于GPS信息修正惯导位置误差的UUV离线标图方法，其特征是惯导的累积漂移量的计算公式为：

Δ(λ,L)＝(λ′_N,L′_N)-(λ_N,L_N)＝(λ′_N-λ_N,L′_N-L_N)

其中，(λ′_N,L′_N)和(λ_N,L_N)分别为GPS与惯导在UUV出水时刻观测的经纬度。