一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法

1.一种无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，步骤包括：步骤S1：安装GNSS双天线，利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时；步骤S2：在无人舰艇执行线性运动路径的航行过程中，采集同一时刻的惯性导航系统的航向数据和GNSS双天线位置处的定位数据；步骤S3：删除影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S4：删除不影响线性拟合的GNSS定位异常数据；步骤S5：利用同一时刻GNSS双天线系统采集的有效定位数据，解算得到航向数据，与同一时刻惯性导航系统的航向数据进行比对，实现惯性导航系统航的校准；所述步骤S4中，根据不影响线性拟合的GNSS定位异常数据在平行于无人水面舰艇线性运动方向上严重偏离地理坐标真值特点，求解已经删除影响线性拟合异常定位数据的GNSS定位数据集 中两相邻采样时间点之间的速率值；采用数学统计学中的 准则对定位异常定位数据点的速率值进行判断，实现不影响线性拟合的异常定位数据的准确查找与删除。 2.根据权利要求1所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S1中，将两个GNSS天线分别安装在无人水面舰艇的舰艏艉线上，将安装在舰艏方向的GNSS天线标记为天线A,安装在舰艉方向的GNSS天线标记为天线B,得到GNSS系统双天线航向测量系统；利用GNSS系统的授时功能对无人水面舰艇的时间统一系统进行授时，确保无人水面舰艇上所有设备工作在相同的时间基准。 3. 根据权利要求2所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述无人水面舰艇以恒定的速度 沿舰艏艉线方向执行线性运动，采用相同的采样时刻和采样频率对天线A、天线B位置处的GNSS定位数据及惯性导航系统的航向数据进行采集，得到惯性导航系统的航向数据集 ，天线A的定位数据集 ， 天线B的定位数据集 ；其中， ， 为正整数， 为航向数据集 中的第 个成员数据， ， 为采样时刻， 为 时刻采集到的航向数据； 为定位数据集 中的第 个位置数据成员， ， 为 时刻天线A在大地坐标系下的横坐标， 为 时刻天线A在大地坐标系下的纵坐标； 为定位数据集 中的第 个成员数据， ， 为 时刻天线B在大地坐标系下的横坐标， 为 时刻天线B的纵坐标。 4.根据权利要求1-3中任意一项所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过线性回归方法对GNSS天线采集的定位数据进行处理，得到无人水面舰艇的线性运动路径方程。 5.根据权利要求4所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S3的流程包括：步骤S31：无人水面舰艇沿舰艏艉线方向执行线性路径运动，对采集到的天线A和天线B在大地坐标系下的横坐标数据和纵坐标数据进行线性回归处理；其中，天线A的GNSS定位数据处理流程如下：设天线A的横坐标数据与纵坐标数据的线性方程为：其中， 代表天线A的纵坐标， 代表天线A的横坐标，参数 为（1）式待求解的系数，将采集到的定位数据集 的横坐标数据、纵坐标数据代入（1）式，依据最小二乘准则， 的值可由（2）式求解得到：其中， ， 为天线A的纵坐标数据， 为天线A的横坐标数据；步骤S32：按照点到直线的距离公式（3）式计算定位数据集 中位置数据成员 到（1）式的距离，得到距离数据集 , 为数据集 的第 个距离数据:其中， 为天线A的横坐标数据， 为天线A的纵坐标数据；步骤S33：对距离数据集 按照（4）求均值 ，按照（5）式求标准差 ：步骤S34：根据数学统计学中 准则对影响线性拟合的异常定位数据进行删除；步骤S35:重复执行步骤S31-S34，继续检查剩余的GNSS定位数据集 中是否还有的异常定位数据，直至删除所有的异常定位数据，得到删除影响线性拟合异常定位数据的GNSS定位数据集 ，其中， ， 为正整数且 ， 为定位数据集 的第 个定位数据成员， ， 为采样时间， 为 时刻天线A在大地坐标系下的横坐标数据， 为 时刻天线A的纵坐标数据；采用同样的方法，实现GNSS天线B采集数据中影响线性拟合定位数据异常定位数据的删除。 6.根据权利要求5所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S34中，判断定位数据集 中的位置数据成员 到线性拟合方程（1）式的距离 是否满足（6）式，满足则认为 为异常定位数据，予以删除；不满足则认为是有效数据，予以保留： 。 7.根据权利要求1所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S4的流程包括：步骤S41：对数据集 中两个相邻采样时间的定位数据成员 按照公式（7）式求解的速率 ，得到速率数据集 ，其中， ， 为正整数且 ， 为数据集 中的第 个数据成员：步骤S42：按（8）式求解速率数据集 的均值 ，按（9）式求解速率数据集标准差 ：步骤S43：采用 准则按照（10）式对定位数据集 中定位异常数据进行判断和删除：当速率 不满足（9）式时认为 是有效值，予以保留；否则，认为 是待检测异常定位数据，先将 从定位数据集 中删除，然后将 按采样时刻的先后顺序存入新的待检测数据集 ；步骤S44：重复步骤S41-S43，直至删除定位数据集 中的全部待检测的GNSS定位数据异常定位数据，得到删除数据后的GNSS定位数据集 和待检测GNSS数据集 ,其中， ， 和 均为正整数且 ， 为定位数据集 中的第 个位置数据成员， ， 为采样时间， 为 时刻天线A在大地坐标系下的横坐标， 为 时刻天线A的纵坐标数据； 为定位数据集 中的第 个位置数据成员， ， 为采样时间， 为 时刻天线A在大地坐标系下的横坐标数据， 为 时刻天线A的纵坐标数据；步骤S45：令参数I=1,将序号 的待检测GNSS定位数据 按采样时间先后顺序并入GNSS定位数据集 ；步骤S46：将插入了待检测数据的GNSS数据集 ，按照（6）式求解在采样时刻相邻的定位数据成员间的速率，得到速率数据集 ；步骤S47：按照上式（8）和（9）式求解速率数据集 均值 和方差 ；步骤S48：按照（10）式，对 与其采样时间相邻定位数据点间的速率值进行判断，满足（10）式则认为 为异常定位数据，从数据集 予以删除，否则认为 为有效值，予以保留；步骤S49：令 ,重复步骤S45-S48，依次判断待检测数据集中的 每个数据成员是否为异常定位数据，最终得到GNSS天线A的有效GNSS定位数据集 ，其中， ， 为正整数且 ， 为定位数据集 中的第 个位置数据成员， ， 为采样时刻， 为 时刻的天线A在大地坐标系下的横坐标， 为 时刻天线A的纵坐标数据；同样的方法实现天线B采集的定位数据中不影响线性拟合的定位异常数据的删除。 8.根据权利要求1-3中任意一项所述的无人水面舰艇动态航向测量校准方法，其特征在于，所述步骤S5中，采用同一时刻天线A、B采集的已经删除异常数据的GNSS系统定位数据，求解得到的航向数据，与同一时刻惯性导航系统的航向数据进行对比，完成惯性导航系统航向的校准。