大潜深AUV地形辅助惯性导航误差校正方法研究
摘要
捷联惯导系统是AUV的主要导航系统。针对大潜深AUV水下长时间航行惯导系
统误差逐渐累积增大的问题,本文从惯性导航解算的初始条件误差修正与利用组合导航
进行惯导误差修正两个方面出发,开展了AUV自对准和基于海底地形辅助的大方位失
准角误差修正的研究,具体内容如下:
(1)推导了捷联惯导系统姿态更新算法和误差方程,分析了惯导系统导航误差的
变化规律,并且对大潜深AUV的螺旋下潜轨迹以及惯导系统误差传播进行了仿真分析,
为后续内容提供支撑。
(2)研究了晃动基座下惯性系自对准方法,提出采用一种惯性系重力视运动的方
法,该方法借助重力圆锥几何关系实现粗对准过程,并能粗略估计纬度信息,仿真结果
表明在水平方向上的失准角可以达到快速稳定,使得姿态迅速调平,但方位失准角发散
严重。同时还利用小波去噪的方法对加速度计随机噪声进行去噪,起到了降低加速度计
随机噪声对惯性系重力矢量变化干扰的效果。
(3)设计了基于载体系下DVL测速辅助的AUV行进间精对准的卡尔曼滤波器,
在粗对准的基础上继续进行精对准操作。仿真结果表明,该方法实现了水平姿态快速收
敛,提高水平对准精度,而且还能实现运载体速度误差的快速收敛,对AUV速度误差
修正有一定帮助。
(4)建立了海底地形匹配的大方位失准条件下的惯导系统误差模型,利用海底地
形位置辅助信息对惯导系统进行误差校正,并对EKF和UKF这两种滤波方法进行了比
较与分析。仿真结果表明,本文方法可以达到使得AUV导航参数误差在大方位失准的
条件下快速收敛,其中UKF表现更优。
关键词:捷联惯导;惯性系自对准;精对准;海底地形辅助
大潜深AUV地形辅助惯性导航误差校正方法研究
Abstract
StrapdowninertialnavigationsystemisthemainnavigationsystemofAUV.Inresponse
totheproblemofgraduallyincreasingerroraccumulationintheinertialnavigationsystemof
AUVswithdeepsubmergenceforlong-termunderwaternavigation,thispaperconducts
researchonAUVselfalignmentandcorrectionoflargeazimuthmisalignmentangleerrorbased
onseabedterrainassistancefromtwoaspects:initialconditionerrorcorrectionininertial
navigationsolutionandinertialnavigationerrorcorrectionusingintegratednavigation.The
specificcontentisasfollows:
(1)Theattitudeupdatealgorithmanderrorequationofthestrapdowninertialnavigation
systemwerederived,andthevariationlawofthenavigationerroroftheinertialnavigation
systemwasanalyzed.ThespiraldivingtrajectoryanderrorpropagationoftheAUVwithdeep
submergenceweresimulatedandanalyzed,providingaresearchfoundationforsubsequent
content.
(2)Westud