CN118129747B - 水下载体导航方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下载体导航方法及系统，该方法将捷联惯性导航系统的输出速度前后作差得到第一速度增量，对水跟踪激光多普勒测速仪的输出速度进行估计，得到载体对水速度，并将其前后作差得到第二速度增量，再将第一速度增量与第二速度增量之差作为滤波观测量，建立延迟状态卡尔曼滤波器，对捷联惯性导航系统的状态向量进行估计，根据估计结果进行水下导航。本发明应用于水下导航领域，能够保证水下载体能够在任意水域进行自主导航，不需要预先布设仪器、不需要预先获得航行水域的地球物理参数，且由于水体对激光的吸收率较高，向外发射的激光也不会暴露载体位置，安全性高，灵活性好。

Description

水下载体导航方法及系统

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体是一种水下载体导航方法及系统。

背景技术

海洋占地球表面积70%以上，蕴藏着丰富的资源，已逐步成为人类赖以生存的第二空间。水下导航技术是利用水下载体在海水中航行以完成各种任务的核心技术之一，目前水下导航系统一般以惯性导航系统为主体，以声学多普勒计程仪、水声定位系统、地球物理导航系统等为辅助系统进行组合导航。其中，声学多普勒测速仪是一种大功率有源器件，向海底发射的声波信号在海水中的衰减较小，传播距离远，易被侦测，从而暴露水下载体自身位置，极大降低了水下载体的隐蔽性，进而降低水下载体的安全性。隐蔽性较高的水下导航系统包括水声定位系统（包括长基线、短基线、超短基线系统）以及地球物理导航系统（包括重力匹配导航、地磁匹配导航、地形匹配导航），前者需要提前在预定航行水域布设基阵，后者需要提前输入预定航行水域的重力、地磁、地形等参数图，这两种系统都限制了水下载体在未知水域的航行作业能力，灵活性较差。综上所述，水下导航领域对高隐蔽性、无地域限制的导航系统具有急切需求。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明供一种水下载体导航方法及系统，使得水下载体能够在任意水域进行自主导航，且具有较好的隐蔽性。

为实现上述目的，本发明提供一种水下载体导航方法，将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统搭载在水下载体上，构成速度阻尼捷联惯性导航系统，所述水下载体导航方法具体包括如下步骤：

构建水下载体的测速仪对水速度模型，为：

其中，为测速仪坐标系下的载体对水速度，、为常值系数，为测速仪在前序第时刻测得的速度值，为当前时刻，、为速度估计常数；

将所述捷联惯性导航系统在导航坐标系下时刻与时刻测得的载体速度作差，得到第一速度增量；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下测得的载体对水速度转换至导航坐标系，并将导航坐标系下时刻与时刻的载体对水速度作差，得到第二速度增量；

以所述第一速度增量与所述第二速度增量之间的差值为滤波观测量，以所述捷联惯性导航系统的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺测量误差、加速度计测量误差以及所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的速度畸变因子误差、两个安装角误差为所述速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量，构建延迟状态卡尔曼滤波器；

基于所述延迟状态卡尔曼滤波器进行滤波，对所述速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量进行估计，根据估计结果进行水下导航。

在其中一个实施例，所述第二速度增量的计算过程为：将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下测得的载体对水速度转换至导航坐标系的过程为：

根据所述测速仪对水速度模型，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下的输出速度，为，其中，为矩阵的转置；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下的输出速度转换到载体坐标系，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在载体坐标系下的输出速度，为：

其中，为测速仪坐标系到载体坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为测速仪坐标系到载体坐标系的姿态转换矩阵，为三阶单位矩阵，为测速仪坐标系与载体坐标系之间的安装角误差矩阵；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在载体坐标系下的输出速度转换到导航坐标系，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在导航坐标系下的输出速度，为：

其中，为载体坐标系到导航坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为载体坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵，为捷联惯性导航系统的姿态误差。

为实现上述目的，本发明还提供一种水下导航系统，采用上述的水下载体导航方法进行水下导航。

在其中一个实施例，所述水下导航系统包括搭载于水下载体上的捷联惯性导航系统、可辨向水跟踪激光多普勒测速仪与数据处理单元；

所述数据处理单元包括：

速度估计模块，用于根据所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪测得的所述水下载体的测量速度计算测速仪坐标系下的载体对水速度；

延迟状态卡尔曼滤波器，用于构建延迟状态卡尔曼滤波器。

在其中一个实施例，所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪包括水密壳体、测速组件与辨向组件；

所述水密壳体嵌在所述水下载体的底部，且所述水密壳体底部的外表面与所述水下载体的外表面平齐；

所述测速组件设在所述水密壳体上，以测得所述水下载体的测量速度；

所述辨向组件设在所述水密壳体上，以测得所述水下载体速度的方向。

在其中一个实施例，所述测速组件包括：

发射单元，设在所述水密壳体内，用于输出两束等强度、等光程的入射光；

发射透镜，设在所述水密壳体内，且位于所述入射光的光路上，用于使两束所述入射光聚焦；

第一光学透明窗口，位于所述水密壳体的底壁上且位于所述入射光的光路上，用于使两束所述入射光射出所述水密壳体后在水中相交形成控制体，从而使水中的自然粒子通过所述控制体时对条纹进行散射，产生散射光；

第二光学透明窗口，位于所述水密壳体的底壁上且与所述第一光学透明窗口沿y轴对称，用于使所述散射光射入所述水密壳体，其中，y轴的正方向为所述水下载体的行进方向；

接收透镜，设在所述水密壳体内，且位于所述散射光的光路上，用于使所述散射光聚焦；

接收单元，位于所述散射光的光路上，用于对聚焦后的散射光进行光电转换，并解算得到水下载体的测量速度。

在其中一个实施例，所述测速组件包括设在所述水密壳体底壁上的正电极与负电极，且所述正电极与所述负电极沿y轴对称；

所述正电极的第一端、所述负电极的第一端与所述水密壳体底部的外表面平齐，所述正电极的第二端、所述负电极的第二端位于所述水密壳体内且与所述接收单元电连接。

在其中一个实施例，所述发射单元包括激光器与等光程分光棱镜；

所述等光程分光棱镜位于所述激光器的输出光路上，以将所述激光器发出的激光分成两束等强度、等光程的入射光；

其中，所述激光器的波长为532nm，功率为100mW，运行模式为单纵模、基横模；所述等光程分光棱镜分光后两束光的横向位移为24mm。

在其中一个实施例，所述发射透镜的焦距为250mm。

在其中一个实施例，射入所述第二光学透明窗口的部分散射光的中心光轴与激光器出射激光的中心光轴夹角为5°。

在其中一个实施例，所述第一光学透明窗口、所述第二光学透明窗口为蓝宝石平面玻璃窗口。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

1.本发明在导航过程中利用可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的输出速度对捷联惯性导航系统进行阻尼，充分利用激光多普勒测速仪的隐蔽性与灵活性，从而能够保证水下载体能够在任意水域进行自主导航，不需要预先布设仪器、不需要预先获得航行水域的地球物理参数，由于水体对激光的吸收率较高，向外发射的激光也不会暴露载体位置，安全性高，灵活性好且具有较好的隐蔽性；

2.本发明在导航过程中以辨向水跟踪激光多普勒测速仪前后两个时刻的速度增量构建延迟状态卡尔曼滤波器的滤波观测量，从而有效地消除洋流对水下载体速度的影响，从而提高水下载体的导航精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中水下载体导航方法的流程图；

图2为本发明实施例2中水下载体导航系统的整体结构示意图；

图3为本发明实施例2中可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的内部结构示意图；

图4为本发明实施例2中可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的测速方向示意图；

图5为本发明实施例2中可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的发射单元与接收单元相对位置示意图；

图6为本发明实施例2中控制体内的平行条纹示意图。

附图标号：水下载体1、捷联惯性导航系统2、可辨向水跟踪激光多普勒测速仪3、数据处理单元4、水密壳体5、第一光学透明窗口601、第二光学透明窗口602、水密接头603、水密线缆604、电路单元701、激光器702、等光程分光棱镜703、发射透镜704、接收透镜705、光电探测器706、正电极801、负电极802、激光901、第一平行光902、第二平行光903、第一入射光904、第二入射光905、散射光906、可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的测速方向10、接收透镜的中心轴线11。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1

本实施例公开了一种水下载体导航方法，通过将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪LDV与捷联惯性导航系统SINS搭载在水下载体上，构成速度阻尼捷联惯性导航系统，利用可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的输出速度对捷联惯性导航系统进行阻尼，利用延迟卡尔曼滤波器对阻尼系统的状态向量进行估计，从而得到水下载体的姿态、速度、位置。

参考图1，本实施例中的水下载体导航方法具体包括如下步骤：

构建水下载体的测速仪对水速度模型，为：

其中，为测速仪坐标系下的载体对水速度，、为常值系数，为测速仪在前序第时刻测得的速度值，为当前时刻，、为速度估计常数；

将捷联惯性导航系统SINS在导航坐标系下时刻与时刻测得的载体速度作差，得到第一速度增量；

将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪LDV在测速仪坐标系下测得的载体对水速度转换至导航坐标系，并将导航坐标系下时刻与时刻的载体对水速度作差，得到第二速度增量；

以第一速度增量与第二速度增量之间的差值为滤波观测量，以捷联惯性导航系统的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺测量误差、加速度计测量误差以及可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的速度畸变因子误差、两个安装角误差为速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量，构建延迟状态卡尔曼滤波器；

基于延迟状态卡尔曼滤波器进行滤波，对速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量进行估计，根据估计结果进行水下导航。

在具体实施过程中，选择东北天坐标系为导航坐标系，建立捷联惯性导航系统的误差模型，为：

其中：

式中，上、下标、、 、 分别代表地心惯性坐标系(以下简称“系”)、地球坐标系(以下简称“系”)、导航坐标系(以下简称“系”)以及载体坐标系(以下简称“系”)；为系至系的姿态变换矩阵，为捷联惯性导航系统的姿态误差，、、分别为捷联惯性导航系统的横摇误差、纵摇误差以及航向角误差，为系相对于系的旋转角速度，为系相对于系的旋转角速度，为系相对于系的旋转角速度，是由加速度计输出计算的比力在系的投影，为捷联惯性导航系统在系的输出速度，、、分别为捷联惯性导航系统在系的东向、北向和天向速度，为捷联惯性导航系统在系的速度误差，、、分别为捷联惯性导航系统在系的东向、北向和天向速度误差，为捷联惯性导航系统的输出位置，、、分别为载体所在位置的地球纬度、经度和高度，为捷联惯性导航系统的位置误差，、、分别为地球纬度、经度和高度误差，为三个陀螺的测量误差矩阵，为三个加速度计的测量误差矩阵，和分别为载体所在位置的地球子午圈和卯酉圈的曲率半径，为地球自转角速度，为元素都为0的矩阵。

将捷联惯性导航系统的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺测量误差、加速度计测量误差以及可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的两个安装角误差以及一个速度畸变因子误差共同构成速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量，延迟状态卡尔曼滤波模型的状态向量为18维，即：

式中，、分别为可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的纵摇安装角误差和航向安装角误差，为可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的比例因子误差。

则系统的状态方程为：

式中，为系统状态转移矩阵，为系统噪声矩阵，为系统噪声向量。

系统状态转移矩阵为：

式中，、为元素都为0的矩阵，、、、、、分别为中间矩阵，具体地：

系统噪声矩阵为：

式中，为元素都为0的矩阵。

系统噪声向量为：

式中，、()）分别为陀螺和加速度计的噪声。

将捷联惯性导航系统在系下的输出速度定义为第一输出速度。

将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系(以下简称“系”)下的输出速度定义为第二输出速度，由于水下激光多普勒测速仪的测量结果实质为水下载体相对水的速度或水相对于水下载体的流速，但水下载体在航行过程无可避免会对其周围水的流速造成影响，因此水下激光多普勒测速仪的测量结果实际上是不准确的，因此需要对其进行优化估计。本实施例中通过构建水下载体的测速仪对水速度模型，基于可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的测量速度(即第二输出速度)，优化得到测速仪坐标系下的载体对水速度，并将其定义为第三输出速度。在导航解算过程中，将第三输出速度先后转换到系和系，即可得到系下的第三输出速度，其转换过程具体为：

首先，获取可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系的第二输出速度，为：

其中，为测速仪的激光波长，为测速仪的两束发射光的半夹角，为测速仪测量的多普勒频率；

基于可辨向水跟踪激光多普勒测速仪输出的第二输出速度以及构建的对水速度模型，计算得到系下的载体对水速度，为：

其中，为载体相对于水的速度，即第三输出速度，为第二输出速度在当前时刻的值，为第二输出速度在前序第时刻测得的值，、为常值系数，、为速度估计常数；在具体实施过程中，、可根据水下载体的外壳形状以及控制体的中心点位置进行流体力学仿真后，根据实际的载体对水速度以及第二输出速度、拟合得到，、则可根据具体的水下载体进行具体设置，本实施例中的、；

在计算得到后，则可得到辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系下的输出速度，为：

将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系下的输出速度转换到系，得到可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系下的输出速度，为：

式中，为测速仪坐标系到载体坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为测速仪坐标系到载体坐标系的姿态转换矩阵，为三阶单位矩阵，为系与系之间的安装角误差矩阵，、、分别为系与系之间的俯仰角、横滚角、航向角安装误差；

将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系下的输出速度转换到系，得到测速仪在系下的第三输出速度，为：

式中，为载体坐标系到导航坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为载体坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵。

捷联惯性导航系统在系下的第一输出速度可分解为两部分，为：

式中，为载体在系下的真实速度，为捷联惯性导航系统在系下的速度误差；

将第一输出速度在时刻与时刻的连续两次采样值作差，得到第一速度增量，为：

可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在系下的第三输出速度可分解为三部分，为：

式中，为系下的自然流速，为载体在系下的真实速度，为测速仪的测速误差；

将第三输出速度在时刻与时刻连续两次采样值作差，得到第二速度增量，为：

式中，使用了近似关系，依据海洋学理论，海洋是一个不可压缩流场，在小范围区域、短时间内，洋流流速、流向变化很小，处于一种相对稳定的状态，所以在两次间隔较短的采样时间内，近似认为洋流的速度不变。

最后，将第一速度增量与第二速度增量作差，构成消除洋流影响后含有延迟状态的滤波观测量，为：

式中，为量测矩阵，延迟状态矩阵，为可辨向水跟踪激光多普勒测速仪连续两次输出速度作差得到的量测噪声，本实施例中是白噪声。

在状态向量以及滤波观测量的基础上，即可构建延迟状态卡尔曼滤波器，具体为：

状态一步预测；

状态估计；

滤波增益为；

一步预测均方误差为；

估计均方误差为；

其中：

式中，为时刻的量测矩阵，为时刻的量测噪声矩阵，为时刻至时刻的一步状态转移矩阵，为时刻的延迟状态矩阵，为时刻的系统噪声矩阵；

根据滤波得到的状态向量，对捷联惯性导航系统进行反馈校正，即可实现高隐蔽性、无地域限制的水下载体导航定位。其中，在每次滤波开始前，将状态一步预测置零，即。

实施例2

基于实施例1中的水下载体导航方法，本实施例公开了一种水下导航系统，其主要通过采用实施例1中的方法进行水下导航。

参考图2，本实施例中的水下导航系统包括搭载于水下载体1上的捷联惯性导航系统2、可辨向水跟踪激光多普勒测速仪3以及数据处理单元4。其中，数据处理单元4包括速度估计模块和延迟状态卡尔曼滤波器。

参考图3，可辨向水跟踪激光多普勒测速仪包括水密壳体5、测速组件与辨向组件。水密壳体5嵌在水下载体1的底部，且水密壳体5底部的外表面与水下载体1的外表面平齐，即水密壳体5不会突出水下载体1的外壳，从而不会改变水下载体1的外形，避免引入流致噪声。

在具体实施过程中，测速组件设在水密壳体上，用以测得水下载体的测量速度。参考图3至图5，测速组件包括发射单元、发射透镜704、第一光学透明窗口601、第二光学透明窗口602、接收透镜705与接收单元，发射单元有激光器702与等光程分光棱镜703组成，接收单元由光电探测器706和电路单元701上的速度解算模块组成，且由电路单元701的电源模块向激光器702和光电探测器706提供稳定的驱动电压和驱动电流。同时，水密壳体5上还设置有水密接头603与水密线缆604。

本实施例中，激光器702为固体连续激光器，波长为532nm，功率为100mW，运行模式为单纵模、基横模。等光程分光棱镜703的分光比为1:1，分光后两束光的横向位移为24mm。发射透镜的焦距为250mm。光电探测器706为雪崩二极管，第一光学透明窗口601、第二光学透明窗口602为蓝宝石平面玻璃窗口。

测速组件的测量原理/过程为：

参考图4，激光器702出射的激光901由等光程分光棱镜703分成两束功率相等、出射方向平行的第一平行光902和第二平行光903。两束第一平行光902和第二平行光903经过发射透镜704聚焦，形成第一入射光904和第二入射光905。第一入射光904和第二入射光905在水中相交形成控制体。水中的自然粒子通过控制体时对条纹进行散射，并产生散射光，即为“多普勒信号”。参考图5，部分散射光906被接收透镜705聚焦到光电探测器706的光敏面上进行光电转换，形成电信号，将电信号送入电路单元701的速度解算模块，解算出第二输出速度。最后将第二输出速度经过水密接头603、水密电缆604发送到数据处理单元4进行显示、存储以及进一步的处理。

具体地，以激光901的中心轴线为z轴，以激光901的入射方向为z轴正方向，以第一入射光904和第二入射光905的中心轴线的角平分线的法线为y轴，以控制体的中心为原点O，建立三维直角坐标系，满足右手螺旋定则，可辨向水跟踪激光多普勒测速仪3的测速方向10沿y轴方向。

参考图6，控制体内为等间隔的平行条纹，条纹沿y轴方向分布，条纹间距为，其中为第一入射光904和第二入射光905相交的半夹角，为等光程分光棱镜703的分光距离，为发射透镜704的焦距。

为了提高激光能量的利用率，激光器的波长应处于水分子的“蓝绿光透过窗口”范围内，水分子对该范围的激光吸收率较小。为了获得高对比度的多普勒信号，条纹间距应为散射粒子直径的4倍。自然水体中的散射粒子直径大多数为1，条纹间距应为4以上。本实施例中，激光器波长为，分光后两束光的横向位移为，发射透镜焦距为，则半夹角为，条纹间距为。

电路单元701的速度解算模块对电信号进行采样转化为数字信号，然后利用傅里叶变换得到频谱，利用频谱细化、频谱校正算法提取到电信号的多普勒频率，即可得到控制体内运动粒子穿过条纹的速度，即实施例1中的第二输出速度，为：

对水下载体1的载体对水速度与运动粒子穿过条纹的速度之间的函数关系建立模型，为：

其原理与实施例1相同，因此本实施例不再对其赘述。

在具体实施过程中，辨向组件包括电路单元701的电源模块、正电极801和负电极802。其中，正电极801和负电极802位于水密壳体5的底部，贯穿水密壳体5，正电极801和负电极802的一端与水密壳体5的外部平行，与外部水体相接触，正电极801和负电极802的另一端位于水密壳体5的内部，与电路单元701进行电连接，即图3所示。电路单元701的辨向模块向正电极801和负电极802供电，以产生磁场，磁场的方向与水下载体1的纵轴垂直。当水下载体1运动时，外部流水切割磁感线，产生感生电压。感生电压为正值代表水下载体1在前进，则第二速度方向为正；感生电压为负值代表水下载体1在后退，则第二速度方向为负。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种水下载体导航方法，其特征在于，将可辨向水跟踪激光多普勒测速仪与捷联惯性导航系统搭载在水下载体上，构成速度阻尼捷联惯性导航系统，所述水下载体导航方法具体包括如下步骤：

构建水下载体的测速仪对水速度模型，为：

其中，为测速仪坐标系下的载体对水速度，、为常值系数，为测速仪在前序第时刻测得的速度值，为当前时刻，、为速度估计常数；

将所述捷联惯性导航系统在导航坐标系下时刻与时刻测得的载体速度作差，得到第一速度增量；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下测得的载体对水速度转换至导航坐标系，并将导航坐标系下时刻与时刻的载体对水速度作差，得到第二速度增量；

以所述第一速度增量与所述第二速度增量之间的差值为滤波观测量，以所述捷联惯性导航系统的姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺测量误差、加速度计测量误差以及所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪的速度畸变因子误差、两个安装角误差为所述速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量，构建延迟状态卡尔曼滤波器；

基于所述延迟状态卡尔曼滤波器进行滤波，对所述速度阻尼捷联惯性导航系统的状态向量进行估计，根据估计结果进行水下导航。

2.根据权利要求1所述的水下载体导航方法，其特征在于，所述第二速度增量的计算过程为：将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下测得的载体对水速度转换至导航坐标系的过程为：

根据所述测速仪对水速度模型，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下的输出速度，为，其中，为矩阵的转置；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在测速仪坐标系下的输出速度转换到载体坐标系，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在载体坐标系下的输出速度，为：

其中，为测速仪坐标系到载体坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为测速仪坐标系到载体坐标系的姿态转换矩阵，为三阶单位矩阵，为测速仪坐标系与载体坐标系之间的安装角误差矩阵；

将所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在载体坐标系下的输出速度转换到导航坐标系，得到所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪在导航坐标系下的输出速度，为：

其中，为载体坐标系到导航坐标系的包含误差的姿态转换矩阵，为载体坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵，为捷联惯性导航系统的姿态误差。

3.一种水下导航系统，其特征在于，采用权利要求1或2所述的水下载体导航方法进行水下导航。

4.根据权利要求3所述的水下导航系统，其特征在于，所述水下导航系统包括搭载于水下载体上的捷联惯性导航系统、可辨向水跟踪激光多普勒测速仪与数据处理单元；

所述数据处理单元包括：

速度估计模块，用于根据所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪测得的所述水下载体的测量速度计算测速仪坐标系下的载体对水速度；

延迟状态卡尔曼滤波器，用于构建延迟状态卡尔曼滤波器。

5.根据权利要求4所述的水下导航系统，其特征在于，所述可辨向水跟踪激光多普勒测速仪包括水密壳体、测速组件与辨向组件；

所述水密壳体嵌在所述水下载体的底部，且所述水密壳体底部的外表面与所述水下载体的外表面平齐；

所述测速组件设在所述水密壳体上，以测得所述水下载体的测量速度；

所述辨向组件设在所述水密壳体上，以测得所述水下载体速度的方向。

6.根据权利要求5所述的水下导航系统，其特征在于，所述测速组件包括：

发射单元，设在所述水密壳体内，用于输出两束等强度、等光程的入射光；

发射透镜，设在所述水密壳体内，且位于所述入射光的光路上，用于使两束所述入射光聚焦；

其中，所述发射透镜的焦距为250mm；

第一光学透明窗口，位于所述水密壳体的底壁上且位于所述入射光的光路上，用于使两束所述入射光射出所述水密壳体后在水中相交形成控制体，从而使水中的自然粒子通过所述控制体时对条纹进行散射，产生散射光；

第二光学透明窗口，位于所述水密壳体的底壁上且与所述第一光学透明窗口沿y轴对称，用于使所述散射光射入所述水密壳体，其中，y轴的正方向为所述水下载体的行进方向；

接收透镜，设在所述水密壳体内，且位于所述散射光的光路上，用于使所述散射光聚焦；

接收单元，位于所述散射光的光路上，用于对聚焦后的散射光进行光电转换，并解算得到水下载体的测量速度。

7.根据权利要求6所述的水下导航系统，其特征在于，所述测速组件包括设在所述水密壳体底壁上的正电极与负电极，且所述正电极与所述负电极沿y轴对称；

所述正电极的第一端、所述负电极的第一端与所述水密壳体底部的外表面平齐，所述正电极的第二端、所述负电极的第二端位于所述水密壳体内且与所述接收单元电连接。

8.根据权利要求6或7所述的水下导航系统，其特征在于，所述发射单元包括激光器与等光程分光棱镜；

所述等光程分光棱镜位于所述激光器的输出光路上，以将所述激光器发出的激光分成两束等强度、等光程的入射光；

其中，所述激光器的波长为532nm，功率为100mW，运行模式为单纵模、基横模；所述等光程分光棱镜分光后两束光的横向位移为24mm。