用于auv的全源导航系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及导航应用技术领域，具体涉及一种用于AUV的全源导航系统及方法。
【背景技术】
[0002] AUV又称为自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle)，是目前广泛应用 的水下探测设备，其导航方法依据原理不同主要可以分为三大类:其一，声学导航定位方 法;其二，利用地球物理特性进行导航;其三，以惯性导航为主的航迹推算和最优估计组合 导航方法。其中，声学定位方法需要安装声波发送和接收设备，这些设备的安装和标定比较 困难，定位的作用范围也有限，因而不适合远距离、长航时、任意海域的AUV导航。另外一种 方法即利用地球物理特性进行水下导航是最近几年国外研究的热点问题，理论分析和内场 实验结果都显示了这类方法具有很大发展潜力，但是目前技术上还不够成熟，离实际应用 还有差距。当前广泛采用第三类组合导航方法，即以惯性导航为主的航迹推算和最优估计 组合导航。然而，AUV在水下航行时所处环境非常复杂，在不同的情况下需要分别借助多种 不同的传感器或探测器，各种传感器或探测器相互独立，其应用系统以及各自所采集的数 据也都是相互独立，使得应用范围受到很大局限，例如，通过搜索定位仅能获取不同的离散 位置点的数据，而各点之间由于特殊地理环境可能无法准确定位。另外，在应用中有时需要 同时参考多种不同传感器或探测器所采集的数据，这就需要繁杂的操作和大量的工作来分 别获取感测数据以及将各自所取得的数据进行繁琐的后期处理，大大降低了工作效率。因 此，提供一种适用于AUV的全源导航方法与任意导航传感器和敏感器快速集成，充分利用任 意可用的传感器信息参与导航定位，发挥各传感器的优势，满足AUV在复杂的水下环境中的 导航需求是目前亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明实施例提供一种用于AUV的全源导航系统及方法，以满足目前的 需求。
[0004] 第一方面，本发明实施例提供了一种用于AUV的全源导航系统，包括：
[0005] 基本导航模块，获取AUV的运动数据，并根据该运动数据计算AUV的导航位置；
[0006] 实时地形获取模块，获取AUV所在位置的实时地形数据；
[0007]准确地形获取模块，根据所述AUV的导航位置和所述实时地形数据与参考地形数 据进行匹配，得到AUV所在位置的准确地形数据；
[0008] 校正数据获取模块，获取AUV距海底的斜率数据作为校正数据；
[0009] 导航位置校正模块，利用所述斜率数据对所述AUV的导航位置进行校正；
[0010] 全源导航计算模块，根据校正后的所述AUV的导航位置、AUV所在位置的准确地形 数据进行全源导航计算，得到AUV全源导航数据。
[0011] 第二方面，本发明实施例还提供了一种如第一方面所述的全源导航系统的执行方 法，包括：
[0012] 加载场景与传感器信息，初始化滤波器状态；
[0013] 根据传感器状态标记传感器操作；
[0014] 过滤传感器数据；
[0015] 基于传感器活动添加或删除传感器；
[0016]进行线性建模；
[0017] 根据处理间隔进行状态转移；
[0018] 数据融合。
[0019] 第三方面，本发明实施例还提供了一种用于AUV的全源导航方法，包括如下步骤：
[0020] 获取AUV的运动数据，并根据该运动数据计算AUV的导航位置；
[0021 ]获取AUV所在位置的实时地形数据；
[0022]根据所述AUV的导航位置和所述实时地形数据与参考地形数据进行匹配，得到AUV 所在位置的准确地形数据；
[0023]获取AUV距海底的斜率数据；
[0024]利用该斜率数据对所述AUV的导航位置进行校正；
[0025]根据校正后的所述AUV的导航位置、AUV所在位置的准确地形数据进行全源导航计 算，得到AUV全源导航数据。
[0026] 本发明与传统技术相比的有益效果为：
[0027] (1)本发明针对各种水下传感器的特点，将多种传感器信息进行融合，发挥各传感 器的优势；
[0028] (2)本发明提供的融合多种传感器信息的全源导航方法，能够摆脱对单一传感器 的过度依赖，提供低成本、高可信的导航定位能力；
[0029] (3)本发明提供的系统架构体系，以为复杂环境下提供高可信、低成本、无缝链接、 智能集成的优化方案，实现"即插即用"的软件方案。
[0030] (4)本发明提供的在搜索定位和航迹跟踪双重模式下的地形匹配导航，利用航迹 跟踪可以实现搜索定位间隔内的实时精确导航，弥补了只依靠搜索定位实现连续定位困难 的问题，适合于当AUV在特定区域航行时，进行连续精确导航定位的需求。
【附图说明】
[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所 需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施 例的内容和这些附图获得其他的附图。
[0032] 图1是本发明具体实施例一所述的用于AUV的全源导航系统的结构框图；
[0033]图2是本发明中的AUV的运动姿态示意图；
[0034]图3是本发明具体实施例二所述的用于AUV的全源导航方法的流程图；
[0035]图4是本发明具体实施例四所述的用于AUV的全源导航系统的执行方法的流程。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面 将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅 是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在 没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0038] 实施例一
[0039]图1是本实施例所述的用于AUV的全源导航系统的结构框图，如图1所示，所述全源 导航系统包括：
[0040] 基本导航模块101，用于获取AUV的运动数据，并根据该运动数据计算AUV的导航位 置；
[0041] 要实现对AUV的全源导航，目标AUV的运动数据是需要获取的最基本信息之一，通 常包括运动姿态和速度等信息。对于运动姿态，可参见图2所示，一般包括沿着三个方向的 位移和绕着三个方向的旋转，这六种状态分别为横向位移(Sway )、前向位移（Surge )、纵向 位移(Heave)、纵倾角(Pi tch)、横滚角(Ro 11)和航向角(Yaw)。可以通过多种传感或探测设 备获取目标AUV的运动数据，例如，頂1]、0￥1^、〇^、罗盘、磁力计等。
[0042]在得到目标AUV的运动数据后即可根据该运动数据计算出AUV的实时导航位置，目 前的船位推算算法已经很成熟，可以采用现有的船位推算算法计算得到上述实时导航位 置。
[0043] 实时地形获取模块102，获取AUV所在位置的实时地形数据；
[0044] 除上述运动数据及相应的实时导航位置外，还需要通过实时地形获取模块102来 获取目标AUV所在位置的实时地形数据。可以通过以下设备获取某一位置的实时地形数据： 多波束测深仪、高度计、深度计等。例如，通过深度计和高度计作为水深测量设备来测量目 标AUV所处的水深值;利用多波束测深仪测量目标AUV测深剖面的水深数据等。
[0045]准确地形获取模块103,根据所述AUV的导航位置和所述实时地形数据与参考地形 数据进行匹配，得到AUV所在位置的准确地形数据；
[0046] 通过所述实时地形获取模块102所得到的实时地形数据作为第一手探测数据不够 准确，通常还需要进一步处理才可用于后续的导航过程。可以根据前面获取的所述AUV的实 时导航位置和所述实时地形数据与参考地形数据进行匹配，从而得到AUV所在位置的准确 地形数据。
[0047] 进一步地，所述准确地形获取模块103可以包括参考地形数据存储单元，用于存储 参考地形数据及相关联的位置数据；以及，地形匹配单元，用于根据所述AUV的导航位置和 所述实时地形数据与参考地形数据进行匹配，从而得到AUV所在位置的准确地形数据。 [0048]校正数据获取模块104,获取AUV距海底的斜率数据作为校正数据；
[0049]导航位置