多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法技术

本发明专利技术提供一种多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法，属于水下无人自主航行器导航技术领域，其中多普勒测速仪速度修正方法包括：获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；根据前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；结合多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。本发明专利技术具有成本低、易操作、适用范围广的优点，提高了导航误差修正结果的可靠性。

Speed correction method of Doppler velocimeter and correction method for navigation error of underwater autonomous vehicle

The present invention provides a Doppler velocimeter velocity correction method and AUV Navigation error correction method, which belongs to the technical field of autonomous navigation for unmanned underwater navigation, including Doppler velocimeter velocity correction method: forward velocity and lateral velocity to obtain Doppler anemometer output; according to the velocity and lateral velocity calculation Doppler velocimetry installation error angle and velocity coefficient; with Doppler velocimetry installation error angle and velocity coefficient of Doppler velocimetry output forward velocity and lateral velocity correction calculation for forward velocity and lateral velocity after correction. The invention has the advantages of low cost, easy operation and wide application range, and improves the reliability of the correction result of navigation error.

【技术实现步骤摘要】
多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法
本专利技术涉及水下无人自主航行器导航
，具体涉及一种多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法。
技术介绍
AUV(AutonomousUnderwaterVehicle，自主式水下航行器)是一种可以自主地完成水下探测、攻击、运载、打捞等多种特定作业任务的水下航器，要求其在水下具有长期自主的定位导航和返航能力，并具有隐蔽性。为了保证其顺利解决水下作业，对AUV提出了更高的导航精度要求。水下无人自主航行器导航误差大小直接影响其导航精度，以往以航位推算为导航算法的水下无人自主航行器主要通过单方面更换更高精度的磁罗盘和速度传感器；或者单方面更换复杂的导航滤波算法、改进导航计算模型，或者单方面对磁罗盘航向信息进行滤波来完成导航误差修正。随着水下无人自主航行器的发展，更换更高精度的姿态及速度传感器的方法难以满足人们对成本控制的要求；更换复杂的导航滤波算法很难有效的提高导航精度，在可靠性及适用性大打折扣；单方面对磁罗盘航向信息进行滤波不能从根本上解决航向信息失真的问题。因此导航误差修正需要从传感器信息根源着手，形成一套完整的修正方法，同时应考虑修正方法的可靠性、易用性及修正效果，才能最终达到有效提高导航精度的目的。
技术实现思路
因此，为了克服现有技术中的上述缺陷，从而提供一种多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法。为此，本专利技术实施例的一种多普勒测速仪速度修正方法，包括以下步骤：获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；根据所述前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；结合所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。优选地，所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数的计算公式为：其中，k为速度系数，δ为安装误差角，ΔJ、ΔW分别为当前时刻与上一时刻经纬度差值，θ为当前时刻航向，Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ1、ρ2分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。优选地，所述对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算的公式为：其中，Vx、Vz分别为修正后的前向速度和侧向速度，Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度。优选地，还包括以下步骤：对修正后的前向速度和侧向速度进行滤波平滑处理，获得滤波平滑处理后的前向速度和侧向速度。优选地，所述滤波平滑处理的计算公式为：其中，Vx(i+1)、Vz(i+1)分别为下一时刻的前向速度和侧向速度，Vxi、Vzi、Vxi+1、Vzi+1分别为当前时刻修正后的前向速度和侧向速度、下一时刻修正后的前向速度和侧向速度；α、β为速度信息滤波系数，α+β＝1。本专利技术实施例的一种水下自主航行器导航误差修正方法，包括以下步骤：采用上述的多普勒测速仪速度修正方法，获得修正后的前向速度与侧向速度；将所述修正后的前向速度与侧向速度引入航位推算，获得经纬度值。优选地，所述航位推算的计算公式为：其中，Jn、Wn分别为当前时刻的经纬度值，J0、W0为初始点的经纬度值，θ为航向，Vx、Vz分别为修正后的前向速度与侧向速度，VE、VN分别为水下无人自主航行器的在地球坐标系中的东向速度和北向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ1、ρ2分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。本专利技术实施例的一种水下自主航行器导航误差修正方法，包括以下步骤：获取磁罗盘提供的航向；根据所述磁罗盘提供的航向计算出误差；将所述误差反馈给所述磁罗盘提供的航向，对磁罗盘提供的航向进行修正，获得修正后的航向；采用上述的多普勒测速仪速度修正方法，获得修正后的前向速度与侧向速度；将所述修正后的航向和修正后的前向速度与侧向速度引入航位推算，获得经纬度值。优选地，所述航位推算的计算公式为：其中，Jn、Wn分别为当前时刻的经纬度值，J0、W0为初始点的经纬度值，θ为修正后的航向，Vx、Vz分别为修正后的前向速度与侧向速度，VE、VN分别为水下无人自主航行器的在地球坐标系中的东向速度和北向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ1、ρ2分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。本专利技术实施例的技术方案，具有如下优点：1.提高导航误差修正结果的可靠性。在导航算法输入传感器信息之前，先通过对DVL(多普勒测速仪)进行安装误差角修正及速度系数辨识，对速度信息修正后再进行平滑滤波处理，然后再输出给导航算法；对导航算法的信息来源到信息输出逐步进行修正，保证了导航算法输入的可靠性，从根源上逐步减小导航误差。2.传感器信息滤波算法结构更简单、易实现、实用性强。在保证滤波效果的基础上，采用αβ滤波对传感器输出信息进行输出滤波平滑，与目前现有技术中采用的五点二次方法、卡尔曼滤波算法、53H算法、基于数据变化率的平滑算法等算法，αβ滤波结构更简单、参数调节更易操作、工程应用更广的优点。3.成本低、易操作、适用范围广。通过修正导航误差的算法提高导航精度，没有增加硬件成本，间接降低了提高导航精度的成本。整套方法简便易操作，适用于不同型号的磁罗盘。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中全域磁罗盘航向误差修正方法的一个具体示例的流程图；图2为DVL速度系数辨识结果图；图3为DVL安装误差角辨识结果图；图4为对DVL速度进行修正前后推算位置与GPS位置对比图；图5为未对航向信息做任何处理的推算位置与GPS位置对比图；图6为对航向信息采用αβ滤波平滑前后航向信息对比图；图7为对磁罗盘进行磁场补偿、安装误差角及磁偏角修正后推算位置与GPS位置对比图；图8为采用本专利技术实施例3中水下自主航行器导航误差修正方法的推算位置与GPS位置对比图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。实施例1本实施例提供一种多普勒测速仪速度修正方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；S2、根据前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；S3、结合多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。上述多普勒测速仪速度修正方法，在导航算法输入传感器信息之前，先通过对DVL(多普勒测速仪)进行安装误差角修正及速度系数辨识，对速度信息修正后再进行平滑滤波处理，然后再输出给导航算法；对导航算法的信息来源到信息输出逐步进行修正，保证了导航算法输入的可靠性，从根源上逐步减小导航误差。优选地，步骤S2中，通过最小二乘法辨识DVL速度系数及安装误差角。通过试验获取一组安装有D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；根据所述前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；结合所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。

【技术特征摘要】
1.一种多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；根据所述前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；结合所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。2.根据权利要求1所述的多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数的计算公式为：其中，k为速度系数，δ为安装误差角，ΔJ、ΔW分别为当前时刻与上一时刻经纬度差值，θ为当前时刻航向，Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ1、ρ2分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。3.根据权利要求1或2所述的多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，所述对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算的公式为：其中，Vx、Vz分别为修正后的前向速度和侧向速度，Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度。4.根据权利要求1-3任一项所述的多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，还包括以下步骤：对修正后的前向速度和侧向速度进行滤波平滑处理，获得滤波平滑处理后的前向速度和侧向速度。5.根据权利要求4所述的多普勒测速仪速度修正方法，其特征在于，所述滤波平滑处理的计算公式为：其中，Vx(i+1)、Vz(i+1)分别为下一时刻的前向速度和侧向速度，Vxi、Vzi、Vxi+1、Vzi+1分别为当前时刻修正后的前向速度和侧向速度、下一时刻修正后的前向速度和侧向速度；α、β为速度信息滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡挺，杨晶，潘常军，黄江成，陈建峰，王英，
申请(专利权)人：西安天和海防智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61