【技术实现步骤摘要】
本公开实施例涉及水下组合导航，尤其涉及一种多航态无人系统水下组合导航方法。
技术介绍
1、自然资源日益稀缺，海洋资源开发已成为重要战略目标，水下无人系统（autonomous underwater vehicle，auv）作为可在水下自主作业的关键设备，在海洋探测、资源勘探、水下考古及军事应用等领域发挥着越来越重要的作用。为了满足长时间、高精度、多航态的水下导航需求，研发高效、可靠的导航系统显得尤为重要；
2、传统的水下导航系统多采用单一的导航设备，如惯性导航系统（inertialnavigation system，ins）、全球卫星定位系统（global positioning system，gps）等，而单一导航系统在实际应用中存在一定的局限性；例如，惯性导航系统虽然精度高，但误差会随时间积累，不能长期有效导航；gps系统在水下环境中由于信号受限，无法实现有效定位；因此，单一的导航系统无法满足水下无人系统的导航需求；为了解决这一局限性，当前研究大多通过数据融合手段整合多种传感器（如惯性导航系统、多普勒测速仪、深度计、高度计、gps等）的信息，利用卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等数据融合算法，提高导航系统的精度和稳定性，增强系统的容错性和鲁棒性；
3、传统水下无人系统组合导航方式存在无人系统作业的水下组合导航精度会受到航态的影响的问题：水下组合导航方式通常由多种导航技术组成，如惯性导航系统、地磁辅助导航等，这些组合的应用可以提高导航的精度和可靠性；然而不同的航态下，导航组合成分的表现会有所不同，从而影响导
4、因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
5、需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
技术实现思路
1、本公开实施例的目的在于提供一种多航态无人系统水下组合导航方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
2、根据本公开实施例，提供一种多航态无人系统水下组合导航方法，该方法包括：
3、基于惯性导航姿态方程、惯性导航速度方程和惯性导航位置方程，构建基础惯性导航运动学模型；
4、设定导航系统，结合基础惯性导航运动学模型，得到各个导航系统的状态方程和观测方程；其中，导航系统包括sins导航、dvl导航、usbl导航和gps导航；
5、设定无人系统航态及其对应的组合导航方式；其中，无人系统航态包括深水潜行航态和浅水作业航态，组合导航方式包括sins/dvl/usbl组合导航和sins/dvl/gps组合导航，深水潜行航态时采用sins/dvl/usbl组合导航，浅水作业航态时采用sins/dvl/gps组合导航；
6、基于各个导航系统的状态方程、观测方程、无人系统航态及其对应的组合导航方式，构建sins/dvl子滤波器、sins/usbl子滤波器和sins/gps子滤波器；其中，深水潜行航态时使用sins/dvl子滤波器和sins/usbl子滤波器，浅水作业航态时使用sins/dvl子滤波器和sins/gps子滤波器；
7、基于权重融合方法，构建主滤波器，结合sins/dvl子滤波器、sins/usbl子滤波器和sins/gps子滤波器，并引入t分布函数，构建t分布联邦滤波器；
8、获取系统信息，利用t分布联邦滤波器对系统信息进行处理，以更新无人系统的位姿、速度和位置。
9、进一步地，选取“”作为导航坐标系，则基础惯性导航运动学模型中的惯性导航姿态方程的表达式为：
10、
11、其中，为载体系到导航坐标系的姿态矩阵，为的微分，为导航坐标系到载体系的姿态矩阵，为系相对于系在系投影上的角速度，为在x轴上的分量，为在y轴上的分量，为在z轴上的分量，为的反对称矩阵，为姿态更新时由旋转矢量法更新的四元数，为第一复数，为第二复数，为第三复数，为第四复数，为的微分，为的微分，为的微分，为的微分；
12、惯性导航速度方程的表达式为：
13、
14、其中，为载体在导航坐标系下的速度，为速度的北向分量，为速度的东向分量，为速度的垂向分量，为的微分，为重力加速度矢量，为捷联矩阵，为加速度计系x轴下速度变化，为加速度计系y轴下速度变化，为加速度计系z轴下速度变化，为采样周期，为系下加速度计的常值零偏，为在x轴的分量，为在y轴的分量，为在z轴的分量；
15、惯性导航位置方程的表达式为：
16、
17、其中，为惯性导航位置信息，为的微分，为n系下的经度，为n系下的纬度，为n系下的深度。
18、进一步地，sins导航、dvl导航、usbl导航和gps导航的状态方程均为：
19、
20、其中，状态量，为k时刻的状态量，为载体坐标系下陀螺三轴常值漂移量，为在x的分量，为在y的分量，为在z的分量，为东向速度矢量，为北向速度矢量，为垂向速度矢量，为k时刻的状态转移矩阵，为k时刻的系统噪声分配矩阵，为k时刻的过程噪声；
21、sins导航的量测方程为：
22、
23、其中，为k时刻的量测向量，为k时刻的观测矩阵，为量测噪声；
24、dvl导航的量测方程为：
25、
26、其中，为dvl导航的量测矩阵，为dvl导航的量测噪声；
27、usbl导航和gps导航的量测方程为：
28、
29、其中，为usbl/gps导航的量测矩阵，为usbl/gps导航的量测噪声。
30、进一步地，sins/dvl子滤波器中，sins/dvl的状态方程为：
31、
32、其中，sins/dvl的状态向量，为sins导航的状态向量，为dvl导航的状态向量，为非线性函数，为第一噪声向量；
33、sins/dvl的量测方程为：
34、
35、其中，为第一量测噪声，为n系下的第一量测噪声的东向分量，为n系下的第一量测噪声的北向分量，为n系下的第一量测噪声的垂向分量，为dvl导航在n系下的东向分量，为dvl导航在n系下的北向分量，为dvl导航在n系下的垂向分量，为东向速度误差，为北向速度误差，为垂向速度误差，为dvl导航系统的东向速度误差，为dvl导航系统的北向速度误差，为dvl导航系统的垂向速度误差，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，选取“”作为导航坐标系，则基础惯性导航运动学模型中的惯性导航姿态方程的表达式为：
3.根据权利要求2所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，SINS导航、DVL导航、USBL导航和GPS导航的状态方程均为：
4.根据权利要求3所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，SINS/DVL子滤波器中，SINS/DVL的状态方程为：
5.根据权利要求4所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，SINS/GPS子滤波器中，SINS/GPS的状态方程为：
6.根据权利要求5所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，SINS/USBL子滤波器中，SINS/USBL的状态方程为：
7.根据权利要求6所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，获取系统信息，利用t分布联邦滤波器对系统信息进行处理，以更新无人系统的位姿、速度和位置的步骤中，包括：
8.根据权
...【技术特征摘要】
1.一种多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，该方法包括：
2.根据权利要求1所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，选取“”作为导航坐标系，则基础惯性导航运动学模型中的惯性导航姿态方程的表达式为：
3.根据权利要求2所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，sins导航、dvl导航、usbl导航和gps导航的状态方程均为：
4.根据权利要求3所述多航态无人系统水下组合导航方法，其特征在于，sins/dvl子滤波器中，sins/dvl的状态方程为：
5.根据权利要求4所述多...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘禄，王艺潞，杨静，任宪奔，冯朝，徐红丽，张晓萌，梁泽栋，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：
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