一種適用于多auv協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于誤差補(bǔ)償領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水 聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高精度的水下導(dǎo)航是AUV完成任務(wù)的關(guān)鍵，由于水介質(zhì)的特殊性，水下AUV無(wú)法有 效獲得GPS導(dǎo)航信息，因此水下導(dǎo)航技術(shù)一直W來(lái)都是AUV領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng) (INS)W其獨(dú)立自主的工作特性、導(dǎo)航信息全面的優(yōu)點(diǎn)成為水下AUV必不可少的導(dǎo)航設(shè)備， 在水下導(dǎo)航領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。然而，由于巧螺敏感器件誤差漂移的影響，造成 INS的誤差具有隨時(shí)間累積的特點(diǎn)，運(yùn)直接影響到了水下AUV長(zhǎng)時(shí)間工作的導(dǎo)航需求。此外， 高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)價(jià)格昂貴、體積大、能耗多，極大限制了AUV的廣泛應(yīng)用。目前普遍采用 的導(dǎo)航方案是利用低精度的慣導(dǎo)系統(tǒng)或者姿態(tài)敏感系統(tǒng)輔W多普勒計(jì)程儀(DVL)構(gòu)成航位 推算系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航。由于姿態(tài)偏差W及器件一體化安裝偏差的影響，航位推算誤差與航行 距離成正比，為了抑制導(dǎo)航誤差的不斷積累，需要不定時(shí)利用絕對(duì)位置信息進(jìn)行校正。考慮 至IJAUV在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中，不斷地浮出水面接收GPS信號(hào)往往是不現(xiàn)實(shí)的。隨著水聲通信技 術(shù)的發(fā)展，基于基線定位原理，將水聲通信設(shè)備安裝在AUV上，各個(gè)AUV利用水聲通信網(wǎng)絡(luò)實(shí) 現(xiàn)信息共享，精度低的AUV通過(guò)精度高的AUV進(jìn)行距離測(cè)量，進(jìn)而利用信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)位 置誤差的校正。AUV間距離信息的精確測(cè)量是保證協(xié)同定位精度的關(guān)鍵，目前常用的基于水 聲測(cè)距技術(shù)主要有兩種，單程測(cè)距技術(shù)與雙程測(cè)距技術(shù)。單程測(cè)距效率高，一次廣播發(fā)送即 可W實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的水聲測(cè)距，因此特別適合于多AUV的協(xié)同定位。但是，由于單程測(cè)距需要 保證AUV間高精度的時(shí)鐘同步，因此，每一個(gè)AUV上均需要安裝高精度的同步時(shí)鐘，增加了系 統(tǒng)的復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)成本。目前普遍采用的仍然是雙程測(cè)距技術(shù)，雙程測(cè)距利用水聲往返傳 播時(shí)間計(jì)算水聽(tīng)器間相對(duì)距離，不需要時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。由于雙程測(cè)距一次通信只能實(shí) 現(xiàn)一對(duì)一的距離量測(cè)，因此對(duì)于多AUV系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，勢(shì)必造成每一個(gè)AUV更新頻率降低，水聲通 信系統(tǒng)能耗需求加大，進(jìn)而影響AUV系統(tǒng)的協(xié)同定位精度與長(zhǎng)航時(shí)工作的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量精度高、協(xié)同導(dǎo)航效果好的，適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航 的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法。
[0004] -種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法，包括W下 步驟：
[0005] 步驟一 :t〇時(shí)刻AU化向AUVb發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)二者之間的距離為aobo;
[0006] 步驟二:ti時(shí)刻AUVb接收到AU化測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)水聲信號(hào)傳播距離為aobi;
[0007] 步驟Ξ:固定延遲τ秒后，AUVb于t2時(shí)刻向AUVa發(fā)送應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)二者之間 距離為a2b2;
[0008] 步驟四：t3時(shí)刻AUVa接收到AUVb的應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)水聲信號(hào)往返傳播時(shí)間 AU化計(jì)算出水聲傳播距離為：
[0009]
[0010]步驟五:AUVa將量測(cè)得到的水聲距離連同自身位置信息W及東、北、天向速度信息 一同發(fā)送給AUVb，AUVb接收到AU化發(fā)送的信息后，計(jì)算出水聲距離誤差，并對(duì)水聲傳播距離 進(jìn)行補(bǔ)償。
[0011]本發(fā)明一種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法，還 可W包括：
[0012] 步驟五中水聲距離誤差為：
[0013]
[0014] 將水聲距離誤差轉(zhuǎn)換為Ξ維環(huán)境下的誤差為：
[0019] 有益效果：
[0020] (1)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高了水聲雙程測(cè)距精度；
[0021] (2)基于優(yōu)點(diǎn)（1)提高了多AUV協(xié)同導(dǎo)航效果。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明延時(shí)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明仿真AUV坐標(biāo)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明仿真AUV速度示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明誤差補(bǔ)償對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]( - )發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償算法，提高動(dòng) 態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距精度，進(jìn)而提高多AUV的協(xié)同導(dǎo)航效果。
[0028] (二)技術(shù)方案:為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距 誤差補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)流程如下：
[0029] 步驟1:主AUV向從AUV發(fā)送巧鵬請(qǐng)求命令；
[0030]步驟2:主AUV接收到從AUV測(cè)距應(yīng)答信號(hào)后，根據(jù)水聲往返傳播時(shí)間計(jì)算主從AUV 之間距離；
[0031]步驟3:主AUV將水聲量測(cè)距離連同自身位置信息、東北向速度信息一同發(fā)送給從 AUV；
[0032]步驟4:從AUV接收到主AUV發(fā)送的參考信息后，根據(jù)自身的速度信息對(duì)主AUV量測(cè) 的二者之間距離信息進(jìn)行誤差補(bǔ)償。
[0033]如圖1~圖4所示，相面將具體介紹本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程。
[0034] 步驟l:to時(shí)刻主AU化向AUVb發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)二者之間的距離為aobo;
[0035] 步驟2:ti時(shí)刻AUVb接收到AU化測(cè)距應(yīng)答信號(hào)，至此水聲信號(hào)傳播距離為aobi;
[0036] 步驟3:固定延遲τ秒后，AUVb于t2時(shí)刻向AUVa發(fā)送應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)二者之間距 離為a2b2;
[0037] 步驟4:t3時(shí)亥ijAUVa接收到AUVb的應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)水聲信號(hào)往返傳播時(shí)間AUVa 計(jì)算出水聲傳播距離為
[00；3引
[0039]此時(shí)二者之間的真實(shí)距離為a3b3,由此得到水聲測(cè)距誤差為
[0047]水聲測(cè)距通常情況下得到的Ξ維環(huán)境下距離，將上面量測(cè)誤差轉(zhuǎn)換為Ξ維環(huán)境下
[0053]步驟5:AUVa將量測(cè)得到的水聲距離連同自身位置信息W及東、北、天向速度信息 一同發(fā)送給AUVb,AUVb接收到AUVa發(fā)送的參考信息后，根據(jù)誤差公式計(jì)算出水聲距離誤差 并進(jìn)行補(bǔ)償。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法，其特征在于： 包括以下步驟： 步驟一:to時(shí)刻AUVa向AUVb發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)二者之間的距離為aobo; 步驟二:t時(shí)刻AUVb接收到AUVa測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)水聲信號(hào)傳播距離為aoh; 步驟三:固定延遲τ秒后，AUVl^t2時(shí)刻向AUVa發(fā)送應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)二者之間距離為 a2b2 ； 步驟四：t3時(shí)刻AUVa接收到AUVb的應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)水聲信號(hào)往返傳播時(shí)間AUVa計(jì)算 出水聲傳播距離為：步驟五:AUVa將量測(cè)得到的水聲距離連同自身位置信息以及東、北、天向速度信息一同 發(fā)送給AUVb，AUVb接收到AUVa發(fā)送的信息后，計(jì)算出水聲距離誤差，并對(duì)水聲傳播距離進(jìn)行 補(bǔ)償。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差 補(bǔ)償方法，其特征在于:所述的步驟五中水聲距離誤差為：將水聲距離誤差轉(zhuǎn)換為三維環(huán)境下的誤差為：進(jìn)一步得到：
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于多AUV協(xié)同導(dǎo)航的動(dòng)態(tài)條件下水聲雙程測(cè)距誤差補(bǔ)償方法。t0時(shí)刻AUVa向AUVb發(fā)送測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)二者之間的距離為a0b0；t1時(shí)刻AUVb接收到AUVa測(cè)距請(qǐng)求命令，此時(shí)水聲信號(hào)傳播距離為a0b1；固定延遲τ秒后，AUVb于t2時(shí)刻向AUVa發(fā)送應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，此時(shí)二者之間距離為a2b2；t3時(shí)刻AUVa接收到AUVb的應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)水聲信號(hào)往返傳播時(shí)間AUVa計(jì)算出水聲傳播距離；AUVa將量測(cè)得到的水聲距離連同自身位置信息以及東、北、天向速度信息一同發(fā)送給AUVb，AUVb接收到AUVa發(fā)送的信息后，計(jì)算出水聲距離誤差，并對(duì)水聲傳播距離進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明具有測(cè)量精度高、協(xié)同導(dǎo)航效果好的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01S7/52
【公開(kāi)號(hào)】CN105445722
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510756651
【發(fā)明人】徐博, 陳銘, 段騰輝, 王超, 但劍輝, 王星, 郝芮
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月9日