【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水下导航，具体涉及基于惯性导航的水下定位导航方法、系统及程序产品。
技术介绍
1、水下航行器在海洋环境的探测与建模、海洋目标的水下探测与识别、定位与传输等方面的研究中发挥着重要的作用，由于其特殊的任务要求，需要较长时间的潜航和水下待命，从而对水下导航技术有较高的要求，高精度的导航定位不仅是水下潜器获取有效信息的必要条件，还决定了它是否可以安全作业及返回，因此，高精度导航定位是水下航行的关键技术之一。
2、卫星导航系统由于其使用的局限性，在水下航行器的航行过程中将难以发挥有效作用，不能提供准确的水下导航信息，因此，惯性导航成为水下航行器的主要导航方式。惯性导航系统利用惯性测量单元来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。惯性测量单元包括加速度计和陀螺仪，3个自由度陀螺仪用来测量运载体的3个转动运动，3个加速度计用来测量运载体的3个平移运动的加速度，根据测得的加速度信号可计算出运载体的速度和位置数据。
3、惯性导航属于一种推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿态角，加速度计用来测量运动体的加速度经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。但
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于惯性导航的水下定位导航方法、系统及程序产品，用以解决现有技术中存在的上述问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，提供基于惯性导航的水下定位导航方法，包括：
4、在水下航行器的航行过程中，实时采集惯性测量单元的惯性测量数据，声呐探测单元的海底声呐探测数据和信标声呐探测数据，以及多普勒速度计的速度测量数据；
5、对惯性测量数据进行解析，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第一位置参数、第一速度参数和自校正姿态参数；
6、对信标声呐探测数据进行定位解算，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第二位置参数；
7、利用第二位置参数对第一位置参数进行位置误差校正，得到校正位置参数；
8、根据海底声呐探测数据构建当前时间节点的海底地形图，并将当前时间节点的海底地形图在设定范围的目标海图中进行地形匹配，确定对应的海图位置参数；
9、利用海图位置参数对校正位置参数进行位置验证，并在位置验证通过后，将校正位置参数作为当前时间节点的确认位置参数；
10、对速度测量数据进行解析，确定水下航行器在当前时间节点相对于海底的第二速度参数；
11、利用第二速度参数和自校正姿态参数对第一速度参数进行校正，得到校正速度参数，并将校正速度参数作为当前时间节点的确认速度参数；
12、基于当前时间节点的确认位置参数、确认速度参数和自校正姿态参数对水下航行器进行航行导航。
13、在一个可能的设计中，所述对惯性测量数据进行解析，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第一位置参数、第一速度参数和自校正姿态参数，包括：
14、从惯性测量数据中提取当前时间节点的水下航行器在设定航行坐标系中的加速度参数和自校正姿态参数，所述加速度参数由惯性测量单元对其三轴加速度计测量的三轴加速度进行综合计算得到，所述自校正姿态参数由惯性测量单元对其三自由度陀螺仪测量的姿态数据进行h角动量调制得到；
15、基于加速度参数进行时间积分计算，得到第一速度参数，并基于第一速度参数进行时间积分计算，得到第一位置参数。
16、在一个可能的设计中，所述对信标声呐探测数据进行定位解算，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第二位置参数，包括：
17、从信标声呐探测数据中提取水下航行器在当前时间节点相对于各声呐信标的距离参数，以及各声呐信标在设定航行坐标系中的信标坐标参数；
18、利用水下航行器相对于各声呐信标的距离参数以及各声呐信标在设定航行坐标系中的信标坐标参数进行三角定位解算，得到水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第二位置参数。
19、在一个可能的设计中，所述利用第二位置参数对第一位置参数进行位置误差校正，得到校正位置参数，包括：采用卡尔曼滤波算法将第二位置参数与第一位置参数进行数据融合，得到校正位置参数。
20、在一个可能的设计中，所述将当前时间节点的海底地形图在设定范围的目标海图中进行地形匹配，确定对应的海图位置参数，包括：
21、采用固定大小截取窗口对当前时间节点的海底地形图进行截取，得到固定大小的目标地形图；
22、对目标地形图进行特征提取，得到对应的第一特征向量；
23、采用固定大小截取窗口对设定范围的目标海图进行遍历窗口截取，得到若干候选区域海图；
24、对各候选区域海图进行特征提取，得到对应的第二特征向量；
25、计算第一特征向量与各第二特征向量的欧氏距离，并根据欧氏距离确定第一特征向量与各第二特征向量的相似度；
26、将与第一特征向量的相似度最高且超过设定相似度阈值的第二特征向量作为目标特征向量，将目标特征向量对应的候选区域海图作为目标区域海图；
27、确定目标区域海图在目标海图中的海图位置参数。
28、在一个可能的设计中，所述利用海图位置参数对校正位置参数进行位置验证，包括：
29、确定海图位置参数在设定航行坐标系中对应的映射位置参数；
30、根据映射位置参数在设定航行坐标系中构建参照点，并以参照点为中心，以设定误差距离为半径，划定误差验证范围；
31、根据校正位置参数在设定航行坐标系中构建校正点，当校正点位于误差验证范围内，则判定位置验证通过，否则判定位置验证不通过。
32、在一个可能的设计中，所述利用第二速度参数和自校正姿态参数对第一速度参数进行校正，得到校正速度参数，包括：
33、根据自校正姿态参数确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的航向；
34、根据水下航行器当前时间节点相对于海底的第二速度参数以及在设定航行坐标系中的航向计算水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的映射速度参数；
35、采用卡尔曼滤波算法将映射速度参数与第一速度参数进行数据融合，得到校正速度参数。
36、第二方面，提供基于惯性导航的水下定位导航系统，包括数据采集单元、第一解析单元、第二解析单元、第一校正单元、地形匹配单元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述对惯性测量数据进行解析，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第一位置参数、第一速度参数和自校正姿态参数，包括：
3.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述对信标声呐探测数据进行定位解算，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第二位置参数，包括：
4.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述利用第二位置参数对第一位置参数进行位置误差校正，得到校正位置参数，包括：采用卡尔曼滤波算法将第二位置参数与第一位置参数进行数据融合，得到校正位置参数。
5.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述将当前时间节点的海底地形图在设定范围的目标海图中进行地形匹配，确定对应的海图位置参数，包括：
6.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述利用海图位置参数对校正位置参数进行位置验证，包括：
7.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述利用第二速度参数和自校正姿态参数对第一速度参数进行校正，得到校正速度参数，包括：
8.基于惯性导航的水下定位导航系统，其特征在于，包括数据采集单元、第一解析单元、第二解析单元、第一校正单元、地形匹配单元、位置验证单元、第三解析单元、第二校正单元和导航执行单元，其中：
9.基于惯性导航的水下定位导航系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机程序产品，其特征在于，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，执行权利要求1-7任意一项所述的基于惯性导航的水下定位导航方法。
...【技术特征摘要】
1.基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述对惯性测量数据进行解析，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第一位置参数、第一速度参数和自校正姿态参数，包括：
3.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述对信标声呐探测数据进行定位解算，确定水下航行器当前时间节点在设定航行坐标系中的第二位置参数，包括：
4.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述利用第二位置参数对第一位置参数进行位置误差校正，得到校正位置参数，包括：采用卡尔曼滤波算法将第二位置参数与第一位置参数进行数据融合，得到校正位置参数。
5.根据权利要求1所述的基于惯性导航的水下定位导航方法，其特征在于，所述将当前时间节点的海底地形...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓峰，张帅，
申请(专利权)人：北京中航天佑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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