專利名稱：一種小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是一種適用于新一代國家海軍水域 作戰(zhàn)用小型水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對武器裝備提出了更新、更高的要求，由于受水域 作戰(zhàn)條件的限制，特種部隊(duì)所使用的水下航行器不能夠精確定位，極大地限制了作戰(zhàn)性能 和效果。導(dǎo)航系統(tǒng)必須提供航行器長時(shí)間的精確姿態(tài)、航向、速度和位置信息，而且精確的 導(dǎo)航能力也是水下航行器有效應(yīng)用和安全回收的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。受到航行器自身體積、重 量、能源使用條件的限制及水介質(zhì)的特殊性、軍事隱蔽性等因素的影響，實(shí)現(xiàn)AUV的精確導(dǎo) 航是一項(xiàng)艱難的任務(wù)。目前，國際上水下導(dǎo)航已由單一導(dǎo)航方式向高精度、高可靠、綜合化、智能化的水 下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展；信息處理方法也由單一數(shù)據(jù)源的處理，向多導(dǎo)航傳感器多 數(shù)據(jù)源的信息融合發(fā)展?？偟膩碚f，組合導(dǎo)航代表了未來水下導(dǎo)航的發(fā)展方向，克服了傳統(tǒng) 導(dǎo)航的缺陷和不足，使水下導(dǎo)航領(lǐng)域呈現(xiàn)出嶄新的面貌，具有無比廣闊的發(fā)展前景。隨著多種水下導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)航系統(tǒng)從先前的比較簡單的單個(gè)導(dǎo)航系 統(tǒng)，過渡到慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、航行器載傳感器系統(tǒng)(測深測潛儀、磁航向傳 感器、尾流計(jì))、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、超短基線/長基線綜合聲納導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成的組合 導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著對組合導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求和使用條件的不斷提高，同時(shí)也促進(jìn)了信息融 合技術(shù)的發(fā)展。1994年美國開始研究水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，把信息融合技術(shù)列為90年 代重點(diǎn)研究開發(fā)的二十項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，且列為最優(yōu)先發(fā)展的A類。美國三軍政府組織一 實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)合會(JDL)下設(shè)的C3技術(shù)委員會(TPC3)專門成立了信息融合專家組來組織 和指導(dǎo)有關(guān)的工作。可見，水下多傳感器組合導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)成為了高性能水下導(dǎo)航的一個(gè) 越來越重要的發(fā)展方向。要使水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有高精度、高可靠性和高可用性，必須使其具 有一個(gè)合理和高效的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對各導(dǎo)航系統(tǒng)調(diào)度、使用和融合?，F(xiàn)有組合導(dǎo)航系統(tǒng)體 系結(jié)構(gòu)主要采是集中式和分布式，集中式結(jié)構(gòu)就是將所有導(dǎo)航系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)都送到一個(gè) 中心處理器進(jìn)行處理和融合，進(jìn)行數(shù)據(jù)對準(zhǔn)、數(shù)據(jù)互聯(lián)和濾波，這種結(jié)構(gòu)需要頻帶很寬的數(shù) 據(jù)傳輸總線來傳輸高速率的原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)互聯(lián)較困難，并且要求系統(tǒng)必須具備大容量的 能力，計(jì)算負(fù)擔(dān)重，需要有較強(qiáng)處理能力的中央處理器，所以系統(tǒng)的生存能力差；現(xiàn)有分布 式結(jié)構(gòu)主要采用聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其特點(diǎn)是n個(gè)系統(tǒng)的測量信息在傳送到主濾 波器之前，先送到局部濾波器進(jìn)行局部濾波處理，然后把處理后的信息和參考導(dǎo)航系統(tǒng)信 息送至主濾波器形成全局估計(jì)，提高導(dǎo)航系統(tǒng)精度，雖然這種結(jié)構(gòu)對信道容量要求較低，一 旦參考導(dǎo)航系統(tǒng)失效則整個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)失效。因此采用集中式或分布式體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)特點(diǎn)組成水下航行器用組合導(dǎo)航 系統(tǒng)，無法滿足適用于新一代海軍水域作戰(zhàn)用水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)高精度、高可靠性和高可用性的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容技術(shù)問題本實(shí)用新型目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種小型水下航行器 用組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度、高可靠性和高可用性。技術(shù)方案本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，所述導(dǎo)航系統(tǒng)由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形 輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)組成，還包括四個(gè)故障診斷及四個(gè)隔離模塊；其中地形輔助導(dǎo) 航系統(tǒng)串接第一故障診斷模塊后分別接第一隔離模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航 系統(tǒng)的輸入端，磁羅經(jīng)系統(tǒng)串接第二故障診斷模塊后分別接第二隔離模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)串接第三故障診斷模塊后接第三 隔離模塊，多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)串接第四故障診斷模塊后接第四隔離模塊，第三故障診斷模塊 與第四故障診斷模塊連接；當(dāng)系統(tǒng)無故障時(shí)，則分別以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為參考導(dǎo)航系 統(tǒng)，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)建立兩個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)即捷聯(lián)式 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔 助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)；(a)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)由捷 聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、磁羅經(jīng)系統(tǒng)、兩個(gè)智能優(yōu)化算法模塊、兩個(gè)子濾波 器和主濾波器組成，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出端分別接兩個(gè)子濾波器和主濾波器的輸入 端，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)串接第一子濾波器后分別接第一智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸 入端，磁羅經(jīng)系統(tǒng)串接第二子濾波器后分別接第二智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入 端，主濾波器的輸出端串接第一智能優(yōu)化算法模塊后接第一子濾波器的輸入端，主濾波器 的輸出端串接第二智能優(yōu)化算法模塊后接第二子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端接捷 聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端；(b)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)由多普勒導(dǎo) 航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、磁羅經(jīng)系統(tǒng)、兩個(gè)智能優(yōu)化算法模塊、兩個(gè)子濾波器和主濾波 器組成，多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出端分別接兩個(gè)子濾波器和主濾波器的輸入端，地形輔助導(dǎo) 航系統(tǒng)串接第一子濾波器后分別接第一智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，磁羅經(jīng)系 統(tǒng)串接第二子濾波器后分別接第二智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，主濾波器的輸 出端串接第一智能優(yōu)化算法模塊后接第一子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端串接第二 智能優(yōu)化算法模塊后接第二子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端接多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸 入端。有益效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本實(shí)用新型針對單一系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和可用性差的問題，結(jié)合各導(dǎo) 航系統(tǒng)的優(yōu)勢進(jìn)行組合導(dǎo)航，對組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷和信息融合，實(shí)現(xiàn)在部分系統(tǒng) 故障情況下隔離故障系統(tǒng)，完成系統(tǒng)重構(gòu)，仍然能使導(dǎo)航繼續(xù)工作，提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的 可靠性和可用性。[0015](2)本實(shí)用新型針對現(xiàn)有組合導(dǎo)航體系結(jié)構(gòu)中集中式和分布式結(jié)構(gòu)不足，采用一 種多級分層的體系結(jié)構(gòu)，分別以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為主系統(tǒng)，地形輔 助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)建立兩個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)，再采用捷聯(lián)式慣性 導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合模式，得到高精度的位置、速度和姿態(tài)航向信息，提高 組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度。

圖1為現(xiàn)有組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型的多級分層小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)組合導(dǎo)航 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4為本實(shí)用新型的多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)組合導(dǎo)航系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖；圖5為本實(shí)用新型的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合原理圖。圖中標(biāo)號SINS捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，DNS多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)，TAN地形輔助導(dǎo)航系 統(tǒng)，MCP磁羅經(jīng)系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖2所示，本實(shí)用新型由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航 系統(tǒng)、磁羅經(jīng)系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)組成。地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)提供航行器位置、姿態(tài)和航向 信息，將地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)的信息傳輸給捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航 系統(tǒng)組成兩個(gè)聯(lián)邦結(jié)構(gòu)組合導(dǎo)航系統(tǒng)，再由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行信 息融合輸出高精度的導(dǎo)航信息。采用多級分層信息融合方法通過下列步驟實(shí)現(xiàn)小型水下航 行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)(1)首先進(jìn)行故障檢測，確定各系統(tǒng)的可用性；小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)綜合考慮水下導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和可用性，各導(dǎo) 航系統(tǒng)采用故障檢測算法進(jìn)行自身故障檢測，確定捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、 地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)是否發(fā)生故障，即每個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)的可用性，如果出現(xiàn)某個(gè) 系統(tǒng)故障則隔離此系統(tǒng)，在有部分系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離時(shí)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)重構(gòu)，保證水下導(dǎo) 航系統(tǒng)正常工作；各系統(tǒng)無故障情況下進(jìn)行以下步驟實(shí)現(xiàn)多級多層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；(2)當(dāng)系統(tǒng)無故障時(shí)，分別以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為參考導(dǎo)航 系統(tǒng)，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)建立兩個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)；系統(tǒng)無故障時(shí)，由于捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)輸出導(dǎo)航信息多且運(yùn) 行可靠性高，則分別以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為參考導(dǎo)航系統(tǒng)，地形輔助 導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)建立兩個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng) /地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)1和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng) /磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)2。第一個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)如圖3所示，是一個(gè)以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為 主導(dǎo)航系統(tǒng)，以地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)的的兩級主子聯(lián)邦濾波器結(jié)構(gòu)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供位置、速度和姿態(tài)信息；地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供航行器經(jīng)緯 度和高度信息；航行器載磁羅經(jīng)可以提供姿態(tài)和航向信息，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)觀測信息輸 出頻率較低，而捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出信息頻率較高，因此，當(dāng)沒有地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)輸 出信息時(shí)，則將子濾波器向主濾波器的輸出斷開，而主濾波器按照捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)計(jì) 算；當(dāng)?shù)匦屋o助導(dǎo)航系統(tǒng)有觀測信息時(shí)，將子濾波器輸出的有關(guān)信息與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)輸出信息相融合，采用智能優(yōu)化算法進(jìn)行子濾波器的重置，以便在下一次地形輔助導(dǎo)航 系統(tǒng)觀測信息到來時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。航行器載磁羅經(jīng)系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組成的子濾波器，其 結(jié)構(gòu)與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)組合相同，進(jìn)行信息融合組成小型水下航 行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)。這是一個(gè)兩級決策系統(tǒng)，通過第一級(子濾波器)完成每個(gè)導(dǎo)航系 統(tǒng)的特征提取，并把各特征向量劃分為不同特征的系統(tǒng)進(jìn)行第一級融合，再運(yùn)用關(guān)聯(lián)過程 進(jìn)行最優(yōu)融合完成導(dǎo)航信息的判決和輸出。另一個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)如圖4所示，其結(jié) 構(gòu)與捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，采用 多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為主導(dǎo)航系統(tǒng)，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)，子濾波器 依據(jù)各輔助導(dǎo)航系統(tǒng)提供的特征信息進(jìn)行融合，并把狀態(tài)反饋修正主系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度的 二級組合導(dǎo)航系統(tǒng)。(3)完成前一步兩個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合后再進(jìn)行捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/多普 勒導(dǎo)航系統(tǒng)組合，利用前一步得到的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航信息， 采用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)組合模式，實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)第二級 的信息融合，得到高精度的導(dǎo)航信息輸出，完成小型水下航行器用多級拓?fù)湫腕w系結(jié)構(gòu)。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合模式如圖5所示，捷聯(lián)式慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)利用捷聯(lián)解算得到載體的導(dǎo)航信息；多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)系統(tǒng)聲納設(shè)備探測航行器相對 與海底的三維速度進(jìn)行解算得到載體的導(dǎo)航信息；對捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差和多普勒導(dǎo) 航系統(tǒng)的測速誤差進(jìn)行建模，建立系統(tǒng)狀態(tài)方程，通過組合卡爾曼濾波估計(jì)捷聯(lián)式慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差。由此，完成小型水下航行器用多級多層拓?fù)湫泽w系結(jié)構(gòu)， 在系統(tǒng)無故障情況下可得到高精度的小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航信息。當(dāng)有系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離時(shí)，本實(shí)用新型中的導(dǎo)航系統(tǒng)通過系統(tǒng)重構(gòu)可以保證水 下導(dǎo)航系統(tǒng)正常工作，輸出導(dǎo)航參數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)情況下，采用聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)只有一個(gè)參考 導(dǎo)航系統(tǒng)，參考導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)整個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)將失效，無法完成導(dǎo)航任務(wù)，二本實(shí) 用新型在有導(dǎo)航系統(tǒng)失效的情況，利用剩余的完好的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)建立組合導(dǎo)航 系統(tǒng)。當(dāng)任何一個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)故障情況下，如捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔 助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)某一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離時(shí)，余下的三個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行組合，可以 保證有兩級濾波結(jié)構(gòu)有效，組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出高精度的導(dǎo)航信息；當(dāng)?shù)匦屋o助導(dǎo)航系統(tǒng)和 磁羅經(jīng)系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離情況下，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)可以 組成高精度組合導(dǎo)航系統(tǒng)；當(dāng)出現(xiàn)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)故障被隔離 的緊急情況，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合成組合導(dǎo)航系統(tǒng)3，使用地形輔助導(dǎo)航系 統(tǒng)的位置信息和磁羅經(jīng)系統(tǒng)的航向姿態(tài)信息引導(dǎo)航行器安全航行至目的地；當(dāng)慣性導(dǎo)航系 統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)不同時(shí)故障情況下，有兩個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離，此時(shí)水下組合 導(dǎo)航系統(tǒng)可以采用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)與地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)或磁羅經(jīng) 系統(tǒng)組成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，進(jìn)行導(dǎo)航；當(dāng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)無故障，其他三個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)生故障被隔離時(shí)，此時(shí)水下組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以采用捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或 多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航。此系統(tǒng)具有很強(qiáng)的容錯(cuò)和信息融合能力，可以大大提高小型水下航行器的導(dǎo)航系 統(tǒng)的可靠性、可用性和導(dǎo)航精度。使用此體系結(jié)構(gòu)可以滿足小型水下航行器航行的安全性 和可靠性，通過故障檢測可以確定各子導(dǎo)航系統(tǒng)是否故障，以便及時(shí)修復(fù)排除險(xiǎn)情。本實(shí)用新型說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有 技術(shù)。
權(quán)利要求一種小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，所述導(dǎo)航系統(tǒng)由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)組成，還包括四個(gè)故障診斷及四個(gè)隔離模塊；其中地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)串接第一故障診斷模塊后分別接第一隔離模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端，磁羅經(jīng)系統(tǒng)串接第二故障診斷模塊后分別接第二隔離模塊、捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)串接第三故障診斷模塊后接第三隔離模塊，多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)串接第四故障診斷模塊后接第四隔離模塊，第三故障診斷模塊與第四故障診斷模塊連接；當(dāng)系統(tǒng)無故障時(shí)，則分別以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)為參考導(dǎo)航系統(tǒng)，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)系統(tǒng)為子導(dǎo)航系統(tǒng)建立兩個(gè)分散化組合導(dǎo)航系統(tǒng)即捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)和多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)；(a)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、磁羅經(jīng)系統(tǒng)、兩個(gè)智能優(yōu)化算法模塊、兩個(gè)子濾波器和主濾波器組成，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出端分別接兩個(gè)子濾波器和主濾波器的輸入端，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)串接第一子濾波器后分別接第一智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，磁羅經(jīng)系統(tǒng)串接第二子濾波器后分別接第二智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端串接第一智能優(yōu)化算法模塊后接第一子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端串接第二智能優(yōu)化算法模塊后接第二子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端接捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端；(b)多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)/地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)/磁羅經(jīng)系統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)由多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)、磁羅經(jīng)系統(tǒng)、兩個(gè)智能優(yōu)化算法模塊、兩個(gè)子濾波器和主濾波器組成，多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸出端分別接兩個(gè)子濾波器和主濾波器的輸入端，地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)串接第一子濾波器后分別接第一智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，磁羅經(jīng)系統(tǒng)串接第二子濾波器后分別接第二智能優(yōu)化算法模塊和主濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端串接第一智能優(yōu)化算法模塊后接第一子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端串接第二智能優(yōu)化算法模塊后接第二子濾波器的輸入端，主濾波器的輸出端接多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型公布了一種小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)，本實(shí)用新型由捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)、地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)和磁羅經(jīng)組成，先通過故障診斷判斷單個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)是否正常運(yùn)行情況下，采用多級分多層結(jié)構(gòu)，結(jié)合各導(dǎo)航傳感器的特點(diǎn)，通過信息融合方法得到組合導(dǎo)航系統(tǒng)高精度的導(dǎo)航信息，提高組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度；當(dāng)有部分導(dǎo)航系統(tǒng)故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)重構(gòu)，仍然能使水下航行器繼續(xù)工作，提高小型水下航行器用組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性和可用性。
文檔編號G01C21/16GK201697634SQ20102011957
公開日2011年1月5日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者張自嘉, 徐曉蘇, 楊常松, 王其, 王春燕 申請人:南京信息工程大學(xué)