一种SINS/DVL组合导航无纬度初始对准方法

本发明属于惯性基导航初始对准，尤其涉及一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法。

背景技术：

1、自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,auv)是一种活跃于水下环境并可回收利用的智能化装置，具有自主性高、机动性强、生产维护成本低等优点，在军事和民用领域得到了广泛关注和应用。导航定位是auv的核心技术，可为auv提供精确的姿态、速度和位置信息，是auv能否完成指定任务并顺利返航的前提和关键。

2、初始对准是auv导航系统进入正常工作状态的首要工作，初始对准精度很大程度上决定了导航系统的精度。因此适用于auv的高性能初始对准技术已成为auv导航定位领域的研究重点。

3、由于水下环境复杂，水介质对无线电信号有强吸收效应，无法通过全球导航卫星系统(gnss)获取纬度，进而无法计算出地球自转角速度相关分量及重力加速度矢量等必要信息，从而使得sins/dvl组合导航系统初始对准受到制约。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法及装置，提出了惯性系观测矢量与纬度之间的数学关系，实现纬度的高精度估计，为导航系统提供了初始对准信息。

2、本发明采用以下技术方案：一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，包括以下步骤：

3、获取n时刻的状态估计量，根据状态估计量确定重构观测矢量

4、根据n时刻的重构观测矢量和n/2时刻的重构观测矢量计算初始载体坐标系中的重力矢量gb0在n/2时刻到n时刻的积分以及初始载体坐标系中的重力矢量gb0在0到n/2时刻的积分基于和确定n时刻的纬度估计值；

5、根据纬度估计值生成n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵。

6、进一步地，根据n时刻的重构观测矢量和n/2时刻的重构观测矢量计算初始载体坐标系中的重力矢量gb0在n/2时刻到n时刻的积分以及初始载体坐标系中的重力矢量gb0在0到n/2时刻的积分包括：

7、

8、进一步地，基于和确定n时刻的纬度估计值方法为：

9、

10、其中，表示纬度估计值，ωie表示地球自转角速率。

11、进一步地，根据纬度估计值生成n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

12、根据n时刻的纬度估计值计算参考矢量；

13、计算n时刻的参考矢量和n/2时刻的参考矢量计算参考矢量差；

14、根据参考矢量差和观测矢量差确定初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵；

15、根据初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵计算n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵。

16、进一步地，根据n时刻的纬度估计值计算参考矢量包括：

17、

18、其中，表示参考矢量，g表示重力加速度。

19、进一步地，计算n时刻的参考矢量和n/2时刻的参考矢量计算参考矢量差包括：

20、

21、其中，表示n时刻的参考矢量差，表示n/2时刻的参考矢量。

22、进一步地，根据参考矢量差和观测矢量差确定初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

23、

24、其中，表示参考矢量差，表示初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵。

25、进一步地，根据初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵计算n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

26、

27、其中，表示n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵，表示初始导航坐标系和n时刻导航坐标系的方向余弦矩阵，表示n时刻载体坐标系和初始载体坐标系的方向余弦矩阵。

28、本发明的另一种技术方案：一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的方法。

29、本发明的有益效果是：本发明推导了惯性系观测矢量与纬度之间的数学关系，实现纬度的高精度估计，利用估计出的纬度信息推导参考矢量，并设计鲁棒滤波有效剔除观测矢量中的野值误差，提高sins/dvl组合导航系统的对准精度和抗差能力，结合纬度估计过程的中间时刻矢量信息，消除dvl初始速度误差对对准过程的影响。

技术特征：

1.一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，根据n时刻的重构观测矢量和n/2时刻的重构观测矢量计算初始载体坐标系中的重力矢量gb0在n/2时刻到n时刻的积分以及初始载体坐标系中的重力矢量gb0在0到n/2时刻的积分包括：

3.如权利要求2所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，基于和确定n时刻的纬度估计值方法为：

4.如权利要求2或3所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，根据所述纬度估计值生成n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

5.如权利要求4所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，根据n时刻的所述纬度估计值计算参考矢量包括：

6.如权利要求5所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，计算n时刻的参考矢量和n/2时刻的参考矢量计算参考矢量差包括：

7.如权利要求6所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，根据所述参考矢量差和观测矢量差确定初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

8.如权利要求7所述的一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准方法，其特征在于，根据初始载体坐标系和初始导航坐标系的方向余弦矩阵计算n时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵包括：

9.一种sins/dvl组合导航无纬度初始对准装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-8任一项所述的方法。

技术总结本发明公开了一种SINS/DVL组合导航无纬度初始对准方法及装置，获取N时刻的状态估计量，根据状态估计量确定重构观测矢量根据N时刻的重构观测矢量和N/2时刻的重构观测矢量计算初始载体坐标系中的重力矢量g<supgt;b0</supgt;在N/2时刻到N时刻的积分以及初始载体坐标系中的重力矢量g<supgt;b0</supgt;在0到N/2时刻的积分基于和确定N时刻的纬度估计值；根据纬度估计值生成N时刻载体坐标系和导航坐标系的方向余弦矩阵；本发明推导了惯性系观测矢量与纬度之间的数学关系，实现纬度的高精度估计，利用估计出的纬度信息推导参考矢量，并设计鲁棒滤波有效剔除观测矢量中的野值误差，结合纬度估计过程的中间时刻矢量信息，消除DVL初始速度误差对对准过程的影响。技术研发人员：胡高歌,李向上,高兵兵,常路宾,张倩受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10