水下运载体航位推算系统初始位置确定方法

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1、2015年12月第4l卷第12期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsDecember2015V01．4lNo，12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．enDOI：10．13700／j．bh．10016965．2014．0785水下运载体航位推算系统初始位置确定方法张延顺“，郭雅静1，黄小娟1，李春雨1，汪湛清2(1．北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191；2．北京理1-大学自动化学院，北京100081)摘要：为了提高航位推算(DR)系统的初始

2、位置精度，根据水下导航传感器的特点，提出了初始定位时间内基于DR轨迹平移策略的初始位置确定方法，该方法综合了DR和水声定位系统的特点，通过平移DR轨迹，得到了在确定运动趋势约束下的最优轨迹，并依据轨迹求出初始位置．针对某次海试数据，其结果表明：应用本文方法确定的初始位置误差分别为应用平均值法和最小二乘拟合方法的60．2％和77．2％，应用此方法可减小DR误差，并能提高DR／水声组合定位系统的稳定性．关键词：航位推算(DR)；初始位置；水声定位；轨迹平移；最优轨迹中图分类号：TB568文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)12．2211-06航位推算(DeadReckonin

3、g，DR)／水声定位系统组合定位既能抑制DR系统随着时间增加由误差累积引起的误差发散，又能平滑水声定位系统输出位置的波动¨。21．在水声定位系统短时间失效的情况下，可以依靠DR进行导航定位"‘51．此方法在水下导航系统中得到广泛应用．DR系统的初始位置精度影响DR系统性能¨。1，也影响DR／水声组合定位系统导航数据的性能．在对姿态和速度平稳性有较高要求的水下精确测绘等旧圳领域，对DR系统的初始位置精度要求更高．水下导航信息贫乏¨“”1，通常只能用水声定位系统输出的位置信息作为DR系统的初始位置．水声定位系统是根据声波在水底应答器和载体接收机间传播的时间来确定距离进而进行定位的，受声速误差、

4、航行噪声和载体摇摆等影响，整体数据的优劣程度不一，表现为数据波动较大¨4。5

5、．所以，需要从一段时间内水声定位系统输出的位置信息中计算提取出DR系统需要的初始位置．当水下运载体为静基座状态时，通常采用对一段时间内水声定位系统输出信号求平均值的方法来得到DR系统的初始位置，此方法在水下载体处于系泊状态时精度较高．在海洋探索和科学考察时，水下运载体通常为运动状态，在运动状态下，应用求平均值法则会引入较大的计算误差．因此，急需解决水下运载体行进过程中确定DR系统初始位置的问题．基于此背景，本文提出了运动过程中水下运载体DR系统初始位置确定的方法．该方法综合DR和水声定位系统的特点，能得到优化的初

6、始位置，可提高DR／水声组合定位系统姿态和速度的稳定性，有助于水下地形测绘、勘探等系统提高成图质量．1DR系统初始位置确定方法水声定位系统利用声波在水下传播良好的特性，通过检测其传输的时间差进行定位，但是其输出信号随机误差较大，特别是远距离传输时误差收稿日期：2014—12—15；录用日期：2015-03-27；网络出版时间：2015-04-1416：00网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150414．1600．003．html基金项目：国家自然科学基金(61473019，61273033，11202010)+通讯作者：张延顺(1973

7、一)，男，黑龙江肇东人，副教授，zhangyanshun@buaa．edu．cn，主要研究方向为组合导航、惯性稳定跟踪等引用格式：张延顺，郭雅静，黄小娟，等．水下运载体航位推算系统初始位置确定方法DJ．北京航空航天_大学学报，2015，4102)：221I-2216．ZhangYS，GuoYJ，HuangXJ，eta1．Me出odfordetermininginitialpositionofdeadreckoningsystemofunderwatervehiclefJJ．IoumtdofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，

8、4l02)：2211-2216(inChinese)．2212北京航空航天大学学报更大．目前常用的水声定位系统主要有长基线系统(LBL)、短基线系统(SBL)、超短基线系统(USBL)，本文应用海试实验中的USBL数据进行研究．某次海试实验初始定位时间(75s)内的超短基线定位系统USBL的输出数据如图1所示．2l64l5型2l64l0m2l6405216400图I初始定位时间内水声定位系统输出位置数据Fig．1Outp