auv自主导航航位推算算法的分析研究

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1、第uz卷第u期∂²¯quzo²qu机器人×ussx年v月¤µ¦«oussx文章编号}tssu2swwykussxlsu2sty{2sx3∂自主导航航位推算算法的研究toutt冯子龙o刘健o刘开周ktq中国科学院沈阳自动化研究所o辽宁沈阳ttssty~uq中国科学院研究生院o北京tsssv

2、l摘要}对∂k∏·²±²°²∏¶±§¨µº¤·¨µ∂¨«¬¦¯¨l自主导航的航位推算算法做了进一步研究并加以改进o以提高其自主导航精度q然后o利用∂湖试所获得的数据o对本文提出的修正算法进行了验证q结果表明o∂的自主导航精度得到很大提高o可以用于修正原来的自主导航算法q关键词}带遗忘因子的递推

3、最小二乘滤波~最小二乘辨识~自主导航~∂中图分类号}×°uw文献标识码}ΔεαδΡεχκονινγΜετηοδφορΑυτονομουσΝαϖιγατιονοφΑυτονομουσΥνδερωατερςεηιχλεσtouttƒ∞¬2¯²±ªo¬¤±o¤¬2½«²∏(t.ΣηενψανγΙνστιτυτεοφΑυτοματιον,ΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσ,Σηενψανγttssty,Χηινα;u.ΓραδυατεΣχηοολοφτηεΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσ,Βειϕινγtsssv

4、,Χηινα)Αβστραχτ:׫¨§¨

5、¤§µ¨¦®²±¬±ª°¨·«²§²©¤∏·²±²°²∏¶±¤√¬ª¤·¬²±²©∂k¤∏·²±²°²∏¶∏±§¨µº¤·¨µ√¨«¬¦¯¨l¬¶¶·∏§¬¨§·²¬°³µ²√¨·«¨³¨µ©²µ°¤±¦¨²©·«¨±¤√¬ª¤·¬²±¶¼¶·¨°q·¨¶·¬¶°¤§¨²±·«¬¶°¨·«²§º¬·«·«¨§¤·¤©µ²°·«¨¯¤®¨·¨¶·²©∂o¤±§·«¨µ¨¶∏¯·¶§¨°²±¶·µ¤·¨·«¤··«¨±¤√¬ª¤·¬²±³µ¨¦¬¶¬²±¬¶¨√¬§¨±·¯¼¬°³µ²√¨§q¨±¦¨o·«¬¶§¨√¨¯²³¨§°¨·«²§¦¤±¥¨¤³2³¯¬¨§·²µ¨√¬¶¨

6、·«¨²µ¬ª¬±¤¯°¨·«²§©²µ¤∏·²±²°²∏¶±¤√¬ª¤·¬²±²©∂qΚεψωορδσ:µ¨¦∏µ¶¬√¨¯¨¤¶·¶´∏¤µ¨©¬¯·¨µ¬±ªº¬·«©²µª¨··¬±ª©¤¦·²µ~¯¨¤¶·2¶´∏¤µ¨¬§¨±·¬©¬¦¤·¬²±~¤∏·²±²°²∏¶±¤√¬ª¤·¬²±~∂1引言(Ιντροδυχτιον)针对以上问题以及实际工程需要o采用由°≥!多普勒计程仪!光纤陀螺传感器构成的自主导航系统o并目前水下机器人导航系统主要有}≥k惯导系对其航位推算算法做了进一步研究!完善o以提高其统l!多普勒导航系统!°≥k全球定位系统l等q≥自主导航精度q在该自

7、主导航系统中o接收到的°≥价格较贵o在没有修正信息的情况下难以满足长时位置信息将被作为∂自主导航中航位推算的初始间!远距离导航定位精度的要求~多普勒导航系统与值使用q本文利用∂湖试结果o对本算法进行了验惯导系统一样o同属于航位推算类系统o根据得到的证q结果表明}该算法进一步提高了∂的自主导航地速信息推算位置o误差自然也是随着时间而积累精度q的~zs年代发展起来的°≥全球导航定位系统o能够2航位推算(Δεαδρεχκονινγ)提供很高的定位精度o几十米以内的定位精度基本上不受时间的限制o但是o∂绝大部分时间在水下由于地球是一个表面形态不规则的球体o很难航行o而°≥信号在水中迅速

8、衰减o所以o∂只有用一个简单的几何形状来表示它的确切形状q天文浮出水面o才能接收到°≥信号~此外o∂进行远大地测量研究结果表明o最接近大地体的数学形体距离自主航行时o地球形状的不规则性o各种导航传是具有微小扁率的旋转椭球体q它以地心为中心o连感器的安装偏差等o也降低了∂自主导航的精度q接南!北两极的极轴为旋转轴o这种椭球体称为地球3收稿日期}usswps

9、psy第uz卷第u期冯子龙等}∂自主导航航位推算算法的研究ty

10、椭球体q所谓子午线k或经线lo就是用通过旋转轴的平面来截割地球椭球体表面得出的一组截线o这些截线是一些彼此相同的椭圆o长轴在赤道o短轴为极≈v 轴q这种椭圆又称子

11、午椭圆q对地球子午椭圆建立如图t所示坐标系并做辅助线q设Μ是其上的任意一点o这一点的法线与赤道图u地球纬线圈平面所构成的夹角称为大地纬度qƒ¬ªqu׫¨¯¤·¬·∏§¨¦¬µ¦¯¨图t子午椭圆坐标系图v∂航向角kΗlƒ¬ªqt׫¨°¨µ¬§¬¤±¦¬µ¦¯¨¦²²µ§¬±¤·¨¶¼¶·¨°ƒ¬ªqv׫¨∂𶫨¤§¬±ª¤±ª¯¨kΗl根据t

12、zt年第tx届国际大地测量和地球物理2.3ΑΥς在北东坐标系的速度协会决议所采用的数据,平均赤道半径:αyvz{tvz对于∂载体航行速度在正东