刘湘衡, 王亚波, 刘贤俊

基于单信标测距辅助SINS的中层水域导航算法

刘湘衡1, 王亚波2, 刘贤俊3

(1. 海军装备部驻武汉地区第六军事代表室, 湖北 武汉, 430000; 2. 武汉第二船舶设计研究所, 湖北 武汉, 430205;3. 东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京, 210096)

针对全球导航卫星系统和多普勒测速仪无法用于位于中层水域的深海潜水器的高精度导航定位问题, 文中提出一种经济可行的中层水域导航算法。该算法基于单程到达时间机制测量已知位置的信标到深海潜水器的距离, 并基于捷联惯性导航系统(SINS)误差传播模型和单信标测距模型设计扩展卡尔曼滤波器进行信息融合, 从而实现利用单信标测距信息辅助SINS以抑制其误差发散。仿真结果表明, 基于距离辅助SINS的中层水域导航算法能够获取误差不随时间累积的定位结果。此外, 文中从解析可观测性的角度, 对深海潜水器的静止和圆周运动轨迹进行了精度分析, 且理论分析与仿真结果吻合。

深海潜水器; 中层水域导航; 单信标测距; 捷联惯性导航系统; 扩展卡尔曼滤波器

0 引言

现有中层水域导航方法主要包括惯性导航系统和声学定位[4,8]。SINS是一种基于积分工作模式的导航系统, 具有可靠性高、完全自主、数据输出率高和导航信息丰富等优点, 目前已广泛应用于水下潜水器的导航、制导与控制。但其误差随时间累积, 在海洋环境中通常需要水下声学定位系统来修正SINS的位置误差累积[8]。

根据可用辅助导航信息源的不同, 现有中层水域惯性组合导航系统主要包括声学辅助SINS和速度辅助SINS。……