基于单信标的无人水下航行器导航算法及改进

陈祥国,尚 凡,蓝 强

基于单信标的无人水下航行器导航算法及改进

陈祥国,尚 凡,蓝 强

(国防科技大学 气象海洋学院,湖南 长沙,410073)

基于单信标的无人水下航行器(UUV)导航算法具有所需潜标数量少、系统海上布放标校简单、维护成本较低等优点,结合UUV惯性导航系统后能够满足未来广域、低成本水下导航需求。针对单信标导航算法收敛速度较慢、非全局可观测等问题,提出增加目标径向速度观测量的单信标水下导航算法; 分析了引入目标径向速度观测后的系统全局观测性,给出新的导航初值估计及跟踪方法; 使用扩展卡尔曼滤波算法,建立4状态变量-3观测量(4SV-3OB)单信标导航模型,并通过数值仿真试验,得出4SV-3OB模型相较于传统单信标导航模型收敛时间减小约75%。仿真结果表明,增加目标径向速度作为系统观测量可有效简化单信标导航算法初值估计及跟踪流程,并能够显著减小导航算法收敛时间。

无人水下航行器; 单信标; 水下导航; 全局观测性; 扩展卡尔曼滤波

0 引言

随着水下无人系统领域的发展,如何使用中大型无人水下航行器(unmanned undersea vehicle,UUV)运送战斗部件至上千公里外战略要塞海域已成为相关学术研究领域热点问题。而设计实现高可靠性、高精度的水下导航系统对于远航程UUV航行安全性、任务使命的达成,有着至关重要的作用。众所周知,由于趋肤效应,电磁波在海水中衰减迅速,空气中常用的无线电或卫星导航方法(如GPS、北斗等)均无法直接应用于UUV系统,因此目前常见的水下导航方法主要可分为以下3类[1]。……