一种适用于多auv协同导航的动态条件下水声双程测距误差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于误差补偿领域，尤其设及一种适用于多AUV协同导航的动态条件下水 声双程测距误差补偿方法。
【背景技术】
[0002] 高精度的水下导航是AUV完成任务的关键，由于水介质的特殊性，水下AUV无法有 效获得GPS导航信息，因此水下导航技术一直W来都是AUV领域研究的重点。惯性导航系统 (INS)W其独立自主的工作特性、导航信息全面的优点成为水下AUV必不可少的导航设备， 在水下导航领域发挥着举足轻重的作用。然而，由于巧螺敏感器件误差漂移的影响，造成 INS的误差具有随时间累积的特点，运直接影响到了水下AUV长时间工作的导航需求。此外， 高精度惯性导航系统价格昂贵、体积大、能耗多，极大限制了AUV的广泛应用。目前普遍采用 的导航方案是利用低精度的惯导系统或者姿态敏感系统辅W多普勒计程仪(DVL)构成航位 推算系统进行导航。由于姿态偏差W及器件一体化安装偏差的影响，航位推算误差与航行 距离成正比，为了抑制导航误差的不断积累，需要不定时利用绝对位置信息进行校正。考虑 至IJAUV在执行任务过程中，不断地浮出水面接收GPS信号往往是不现实的。随着水声通信技 术的发展，基于基线定位原理，将水声通信设备安装在AUV上，各个AUV利用水声通信网络实 现信息共享，精度低的AUV通过精度高的AUV进行距离测量，进而利用信息融合技术实现位 置误差的校正。AUV间距离信息的精确测量是保证协同定位精度的关键，目前常用的基于水 声测距技术主要有两种，单程测距技术与双程测距技术。单程测距效率高，一次广播发送即 可W实现一对多的水声测距，因此特别适合于多AUV的协同定位。但是，由于单程测距需要 保证AUV间高精度的时钟同步，因此，每一个AUV上均需要安装高精度的同步时钟，增加了系 统的复杂度和实现成本。目前普遍采用的仍然是双程测距技术，双程测距利用水声往返传 播时间计算水听器间相对距离，不需要时钟同步，实现简单。由于双程测距一次通信只能实 现一对一的距离量测，因此对于多AUV系统来说，势必造成每一个AUV更新频率降低，水声通 信系统能耗需求加大，进而影响AUV系统的协同定位精度与长航时工作的能力。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种测量精度高、协同导航效果好的，适用于多AUV协同导航 的动态条件下水声双程测距误差补偿方法。
[0004] -种适用于多AUV协同导航的动态条件下水声双程测距误差补偿方法，包括W下 步骤：
[0005] 步骤一 :t〇时刻AU化向AUVb发送测距请求命令，此时二者之间的距离为aobo;
[0006] 步骤二:ti时刻AUVb接收到AU化测距请求命令，此时水声信号传播距离为aobi;
[0007] 步骤Ξ:固定延迟τ秒后，AUVb于t2时刻向AUVa发送应答响应信号，此时二者之间 距离为a2b2;
[0008] 步骤四：t3时刻AUVa接收到AUVb的应答响应信号，根据水声信号往返传播时间 AU化计算出水声传播距离为：
[0009]
[0010]步骤五:AUVa将量测得到的水声距离连同自身位置信息W及东、北、天向速度信息 一同发送给AUVb，AUVb接收到AU化发送的信息后，计算出水声距离误差，并对水声传播距离 进行补偿。
[0011]本发明一种适用于多AUV协同导航的动态条件下水声双程测距误差补偿方法，还 可W包括：
[0012] 步骤五中水声距离误差为：
[0013]
[0014] 将水声距离误差转换为Ξ维环境下的误差为：
[0019] 有益效果：
[0020] (1)实现了动态条件下水声双程测距误差的实时补偿，提高了水声双程测距精度；
[0021] (2)基于优点（1)提高了多AUV协同导航效果。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明延时示意图；
[0023]图2为本发明仿真AUV坐标示意图；
[0024]图3为本发明仿真AUV速度示意图；
[0025]图4为本发明误差补偿对比图。
【具体实施方式】
[0026]下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0027]( - )发明目的：本发明的目的在于提供一种水声双程测距误差补偿算法，提高动 态条件下水声双程测距精度，进而提高多AUV的协同导航效果。
[0028] (二)技术方案:为了解决上述问题，本发明提供了一种动态条件下水声双程测距 误差补偿算法，实现流程如下：
[0029] 步骤1:主AUV向从AUV发送巧鹏请求命令；
[0030]步骤2:主AUV接收到从AUV测距应答信号后，根据水声往返传播时间计算主从AUV 之间距离；
[0031]步骤3:主AUV将水声量测距离连同自身位置信息、东北向速度信息一同发送给从 AUV；
[0032]步骤4:从AUV接收到主AUV发送的参考信息后，根据自身的速度信息对主AUV量测 的二者之间距离信息进行误差补偿。
[0033]如图1~图4所示，相面将具体介绍本发明的实施过程。
[0034] 步骤l:to时刻主AU化向AUVb发送测距请求命令，此时二者之间的距离为aobo;
[0035] 步骤2:ti时刻AUVb接收到AU化测距应答信号，至此水声信号传播距离为aobi;
[0036] 步骤3:固定延迟τ秒后，AUVb于t2时刻向AUVa发送应答响应信号，此时二者之间距 离为a2b2;
[0037] 步骤4:t3时亥ijAUVa接收到AUVb的应答响应信号，根据水声信号往返传播时间AUVa 计算出水声传播距离为
[00；3引
[0039]此时二者之间的真实距离为a3b3,由此得到水声测距误差为
[0047]水声测距通常情况下得到的Ξ维环境下距离，将上面量测误差转换为Ξ维环境下
[0053]步骤5:AUVa将量测得到的水声距离连同自身位置信息W及东、北、天向速度信息 一同发送给AUVb,AUVb接收到AUVa发送的参考信息后，根据误差公式计算出水声距离误差 并进行补偿。
【主权项】
1. 一种适用于多AUV协同导航的动态条件下水声双程测距误差补偿方法，其特征在于： 包括以下步骤： 步骤一:to时刻AUVa向AUVb发送测距请求命令，此时二者之间的距离为aobo; 步骤二:t时刻AUVb接收到AUVa测距请求命令，此时水声信号传播距离为aoh; 步骤三:固定延迟τ秒后，AUVl^t2时刻向AUVa发送应答响应信号，此时二者之间距离为 a2b2 ； 步骤四：t3时刻AUVa接收到AUVb的应答响应信号，根据水声信号往返传播时间AUVa计算 出水声传播距离为：步骤五:AUVa将量测得到的水声距离连同自身位置信息以及东、北、天向速度信息一同 发送给AUVb，AUVb接收到AUVa发送的信息后，计算出水声距离误差，并对水声传播距离进行 补偿。2. 根据权利要求1所述的一种适用于多AUV协同导航的动态条件下水声双程测距误差 补偿方法，其特征在于:所述的步骤五中水声距离误差为：将水声距离误差转换为三维环境下的误差为：进一步得到：
【专利摘要】本发明公开了一种适用于多AUV协同导航的动态条件下水声双程测距误差补偿方法。t0时刻AUVa向AUVb发送测距请求命令，此时二者之间的距离为a0b0；t1时刻AUVb接收到AUVa测距请求命令，此时水声信号传播距离为a0b1；固定延迟τ秒后，AUVb于t2时刻向AUVa发送应答响应信号，此时二者之间距离为a2b2；t3时刻AUVa接收到AUVb的应答响应信号，根据水声信号往返传播时间AUVa计算出水声传播距离；AUVa将量测得到的水声距离连同自身位置信息以及东、北、天向速度信息一同发送给AUVb，AUVb接收到AUVa发送的信息后，计算出水声距离误差，并对水声传播距离进行补偿。本发明具有测量精度高、协同导航效果好的优点。
【IPC分类】G01S7/52
【公开号】CN105445722
【申请号】CN201510756651
【发明人】徐博, 陈铭, 段腾辉, 王超, 但剑辉, 王星, 郝芮
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月9日