[發明專利]一種基于多方法融合的深水高精度導航定位技術

在審

• 申請號: 202110515576.1
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113514051A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 劉躍進;宋建軍;邵瑛;豐飛;康婷婷
• 申請（專利權）人: 蓓偉機器人科技（上海）有限公司;威泊（上海）新能源科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/20;G01C21/16;G01C21/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于多方法融合的深水高精度導航定位技術，涉及深海探測技術領域。該基于多方法融合的深水高精度導航定位技術，包括水聲定位系統、慣性導航系統、地圖匹配定位系統和多傳感器數據融合定位系統，對水聲定位系統、慣性導航系統、地圖匹配定位系統和多傳感器數據融合定位系統進行連接融合，在使用前需要通過多普勒計程儀、壓力傳感器對慣性導航系統進行初步的修正，水聲定位系統由基陣、換能器、水下應答器組成。通過多方法融合，使得水下導航可以克服深水環境的影響，提高了導航定位的可靠性，并且通過信息融合的方法實現高效、高精度、高可靠性的水下導航定位，指導水下機器人完成各種復雜任務。

技術領域

本發明涉及深海探測技術領域，具體為一種基于多方法融合的深水高精度導航定位技術。

背景技術

導航定位技術在深海探測技術體系中占有重要地位，直接反映水下作業的精確性和安全性。隨著深海探測技術的不斷發展，水下導航定位技術也在不斷進步，慣性導航、聲學導航、海洋地球物理導航等技術不斷的得以應用和改進。

慣性導航數據更新率高，導航信息延時低，而且系統穩定、不易受到干擾，短時間內導航定位精度高。但是隨著時間和距離的增加，慣性導航系統的累計誤差會逐漸增大，直至因為誤差過大而無法使用。因此在實際使用中慣性導航系統需要定期借助其他手段進行修正，使用GPS方法可以有效修正慣性導航的累計誤差，但需要水下機器人不斷浮出水面，不僅影響了作業效率，而且使得一些軍用機器人無法隱蔽。目前聲學導航在深海探測領域得到了廣泛應用，可以避免慣性導航系統的缺陷，不需要定期進行修正，有效提高了作業效率。但是該技術也存在一些無法回避的缺陷，長基線水下定位雖然精度相對較高，但應答器布置成本高，并且維護困難。短基線定位與長基線定位相比，精度有所下降，成本也有所降低，但存在安裝、校準困難等問題。超短基線定位方法成本低，安裝、維護方便，但卻存在定位精度不足的缺點，限制了該技術的大規模應用。海洋地球物理導航是當前的研究熱點，相關技術取得了一定突破，具有實時、連續、精確、安全隱蔽、完全自主等特點。該方法主要應用于軍事領域，目前在民用領域尚無成熟應用。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于多方法融合的深水高精度導航定位技術，解決了水下導航定位技術存在的問題。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種基于多方法融合的深水高精度導航定位技術，包括水聲定位系統、慣性導航系統、地圖匹配定位系統和多傳感器數據融合定位系統，對水聲定位系統、慣性導航系統、地圖匹配定位系統和多傳感器數據融合定位系統進行連接融合，在使用前需要通過多普勒計程儀、壓力傳感器對慣性導航系統進行初步的修正，水聲定位系統由基陣、換能器、水下應答器組成，通過測定聲波信號傳播時間或相位差，進行水下定位，利用水聲定位系統測定的信息可以為作為信息融合的輸入，為慣性導航系統的累計誤差修正提供參考數據，所述地圖匹配定位系統為利用視覺、聲納傳感器構建水下高精度地圖，傳感器不斷采集信息后生成三維點云數據，經過前端、后端、回環檢測等過程，生成用于導航和定位的高精度地圖，高精度地圖的構建是進行地圖匹配的基礎，通過水聲定位系統和慣性導航系統可以確定水下機器人的大概位置，縮小局部搜索的范圍。在已知水下機器人姿態信息的情況下，將傳感器的實時數據與預先制作好的高精度地圖數據變換到同一個坐標系內進行匹配，匹配成功后可以得到水下機器人的位置信息，所述多傳感器數據融合定位系統的輸入信息主要來自慣性導航系統、水聲定位系統、地圖匹配定位系統，通過數據融合算法實現多傳感器數據的融合，完成狀態估計，輸出可靠的導航定位信息，多傳感器信息融合是實現多個定位系統融合的前提，多傳感器獨立獲得信息后，進行多級別、多方位和多層次的處理，產生最佳協同的信息，達到單一傳感器無法實現的效果。

優選的，所述基于多方法融合的深水高精度導航定位技術主要為通過纜線實現地面設備與換能器之間的通信，以聲波為載體實現換能器與應答器之間的信息交流，通過水上設備與水下設備的協同工作，完成水上與水下的通訊，實現高精度實時導航定位。