1.一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1)、根据 时刻惯导捷联解算的俯仰角 和横滚角 ,以及当前时刻水下偏振角 ,一步推算基于水下偏振信息的 时刻模糊航向角 ;步骤(2)、考虑偏振矢量的模糊奇异性,进行 时刻模糊航向角 的模糊性判别,得到 时刻真正偏振航向角 ;步骤(3)、考虑洋流干扰引起的偏振航向角误差 ,基于 时刻真正偏振航向角 和DVL量测速度 ,粗略推算水下无人系统位置;步骤(4)、引入推算位置误差 、DVL刻度因子误差 和偏振航向角误差 ,建立状态向量 、基于 时刻真正偏振航向角 和偏振航向角误差 的姿态量测模型 、基于DVL刻度因子误差 的速度量测模型 及考虑推算位置误差 的位置量测模型 ,通过线性卡尔曼滤波得到水下航迹推算定位信息,其中 表示x, y和z轴三维姿态失准角, 表示三维速度误差, 表示纬度、经度和高度偏差, 表示陀螺漂移, 表示加速计漂移,上标 表示矩阵的转置。
2.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(1)中,设惯性测量单元、DVL和偏振导航传感器坐标系均相同,且三者载体系与模块系重合,选择北东地坐标系为导航系,即n系;前右下坐标系为载体系,即b系,与模块系重合。
3.根据权利要求2所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(1)中,根据 时刻加速度计测量到的比力信息和陀螺仪得到的角速度信息推算 时刻俯仰角 和横滚角 ,则绕z轴从n系到nz系转换矩阵 表示为: ;绕y轴从nz系到nzy系转换矩阵 表示为: ;绕x轴从nzy系到b系的转换矩阵 表示为: ;综上,从n系到b系的转换矩阵 表示为: 。
4.根据权利要求3所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(1)中,根据 时刻惯导推算得到的纬度 、经度 、高度 ,和时间 ,通过天文年历函数 解算当前时刻n系太阳矢量信息 : ;结合当前时刻水下偏振角 ,b系下偏振矢量 表示为: ;根据水下偏振光场分布规律,当前时刻n系太阳矢量信息 与n系下偏振矢量 相互垂直,建立以下方程 ,即: ;其中,中间参量 ;根据上述关系式,设置如下中间变量: ;补偿角 。
5.根据权利要求4所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(1)中,根据水下偏振光场分布规律,推算基于水下偏振信息的 时刻模糊航向角 : 。
6.根据权利要求1所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(2)包括,通过捷联解算 时刻惯导航向角 ,根据 时刻模糊航向角 与 时刻惯导航向角 符号一致性原则,作如下判断:当 时,令: ;其中, 表示中间变量角,如果 ,则有 , 为去除模糊性的真正偏振航向角;否则,则有 ;当 时,令: ;如果 ,则有 ;否则,则有 。
7.根据权利要求6所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(3)中,结合洋流干扰带来的偏振航向角误差 , 时刻真正偏振航向角 及 时刻俯仰角 和横滚角 ,得到当前时刻坐标转换矩阵 : ;其中, 、 和 分别表示绕x,y和z轴的旋转函数;设DVL理论速度为 ,考虑刻度因子误差,则实际速度 为: ;式中, 表示器件刻度因子误差。
8.根据权利要求7所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(3)中根据实际速度 和航向角信息粗略推算下一时刻水下无人系统位置,包括推算经度和纬度: ;其中, 和 分别表示 时刻的纬度和经度, 和 分别表示地球子午圈和卯酉圈的曲率半径; 表示 时刻到 时刻时间间隔,由此,得到 时刻一步粗略推算的纬度 和经度 。
9.根据权利要求8所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(4)中,基于惯性导航系统状态向量及 、 和 ,建立状态向量 ,随后,基于加速度计解算到的姿态角与偏振航向角进行姿态修正,则有以下水平姿态量测方程: ;其中, 表示水平姿态量测, 表示水平姿态量测函数, 表示 时刻加速度计测量比力, 表示 第 个分量;进行航向角误差修正: ;其中, 表示航向角量测, 表示航向角量测函数, 表示z轴的姿态失准角;则三维姿态量测方程为: 。
10.根据权利要求9所述的一种基于水下偏振光辅助的无人系统航迹推算方法,其特征在于,所述步骤(4)中,根据DVL量测速度信息建立基于DVL刻度因子误差 的速度量测模型 : ;其中, 表示速度量测函数, 表示三维单位矩阵, 表示反对称算子, 表示 时刻惯导捷联的速度;位置量测模型 表示为: ;其中, 表示位置量测函数, 表示 时刻系统推算得到的水平位置, 表示 时刻惯导捷联解算的水平位置;以惯性导航系统动态模型为组合导航系统动态模型,并基于线性卡尔曼滤波方法进行数据融合,实现基于两步精确水下航迹推算定位。