一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法技术

一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，涉及导航系统技术领域，针对现有技术中标定方法需要离线解算导致不能实时标定的问题，本申请可以在水下运载体正常运行过程中较为精确地标定DVL的标度因数和安装角度误差，同时可以补偿该误差为运载体提供较高精度的导航位置信息，可以广泛应用于具有DVL标定需求的水下运载体上。与其它标定方法相比，本申请具备以下4个优点。(1)无需固定航行轨迹，对水下运载体的控制要求低；(2)无需复杂的标定步骤，在水下运载体正常行驶过程中即可进行标定工作；(3)实时标定，无需离线解算，且标定时间极大缩短；(4)标定与导航同时进行，误差参数实时反馈组合导航系统，进而获得更高精度位置信息。信息。信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法


[0001]本专利技术涉及导航系统
，具体为一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术和社会文明的飞速发展，人类对海洋资源开发与利用的需求日益高涨。作为开发利用海洋资源、勘探监测海洋环境、保障执行海洋军事任务的关键技术，高精度水下导航与定位技术已经成为各国研究的热点。
[0003]目前在水下导航领域主要依靠基于加速度计和陀螺的惯性导航(INS)，基于声学的多普勒测速仪(DVL)，基于声学信标的长基线导航(LBL)和超短基线导航(USBL)等方式。惯性导航具有隐蔽性强、输出频率高、不受外界干扰等优点，但导航精度会随时间降低，需要定期修正；基于声学信标的长基线和超短基线导航不会随着时间漂移，但输出频率较低且精度较差。而采用罗经、DVL、LBL和深度计相结合的组合导航方式，能够结合各导航方式的优点，为运载体提供输出频率高、导航结果不漂移的高精.度定位信息。
[0004]水下组合导航由于结合了多种传感器设备，则必然存在各传感器量测数据如何有效融合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：基于罗经的姿态角量测信息以及DVL的速度量测信息进行运载体航位推算，所述运载体航位推算包括坐标变换和位置解算；步骤二：以X＝[δk
″ꢀ
θ
′
dz δL δλ δh]
T
作为状态变量、以LBL的位置量测信息和深度计的深度量测信息为观测值进行滤波，其中，δk
″
为DVL的标度因数误差的变体，θ
′
dz
为DVL的z轴安装角度误差的变体，δL、δλ、δh分别为运载体的纬度误差、运载体的经度误差和运载体的高度误差，δk为DVL的标度因数误差，θ
dz
为DVL的z轴安装角度误差；步骤三：利用滤波结果矫正航位推算，进而得到运载体的精确定位以及DVL误差参数。2.根据权利要求1所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述滤波为卡尔曼滤波。3.根据权利要求2所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述步骤一的具体步骤为；步骤一一：获取来自罗经的姿态角量测信息、来自DVL的速度量测信息以及来自KF的估计结果标度因数和安装角度误差；步骤一二：利用来自罗经的姿态角量测信息、来自DVL的速度量测信息以及来自KF的估计结果标度因数和安装角度误差进行航位推算，得到包含DVL误差变量的位置递推信息。4.根据权利要求3所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述滤波的具体步骤为；步骤二一：获取来自LBL的位置量测信息、来自深度计的深度量测信息以及来自运载体航位推算的包含DVL误差变量的位置递推信息；步骤二二：将来自LBL的位置量测信息、来自深度计的深度量测信息以及来自航位推算的包含DVL误差变量的位置递推信息输入卡尔曼滤波器中，得到DVL标度因数、安装角度误差以及位置误差信息。5.根据权利要求4所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤为；步骤三一：利用DVL标度因数、安装角度误差以及位置误差信息对包含DVL误差变量的位置递推信息矫正运载体航位推算，进而得到运载体的精确定位以及DVL误差参数。6.根据权利要求5所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述运载体航位推算具体包括以下步骤：步骤1：获取运载体上一时刻所处的经度信息、纬度信息以及高度信息；步骤2：由罗经得到当前的量测姿态角，表示为：其中，θ(k)、γ(k)分别为k时刻的航向角、俯仰角和滚转角，根据当前的量测姿态角得到由机体坐标系到导航坐标系的坐标转换矩阵，由机体坐标系到导航坐标系的坐标转换矩阵表示为：
其中，γ为滚转角、k为k时刻、θ为俯仰角、为航向角；由DVL得到当前的量测速度，表示为：其中，分别为k时刻DVL量测坐标系下x轴速度、y轴速度和z轴速度，根据当前的量测速度以及由机体坐标系到导航坐标系的坐标转换矩阵得到运载体在导航坐标系下速度，运载体在导航坐标系下速度表示为：V
nd
(k)＝[v
E
(k) v
N
(k) v
U
(k)]
T
＝C(k)
·
V
d
(k)其中，v
E
(k)、v
N
(k)、v
U
(k)分别为k时刻导航坐标系下的东向速度、北向速度和天向速度；步骤3：根据运载体在导航坐标系下速度以及经纬高数据的转化矩阵得到当前时刻导航系下位置增量，所述经纬高数据的转化矩阵表示为：其中，T
s
为Ts采样时间、R
n
为子午圈曲率半径、R
m
为卯酉圈曲率半径、secL为正割运算、L(k
‑
1)为k
‑
1时刻纬度，当前时刻导航系下位置增量表示为：d_Pose(k)＝[d_L(k) d_λ(k) d_h(k)]
T
＝M
·
V
nd
(k)其中，d_L(k)、d_λ(k)、d_h(k)分别为k时刻的纬度增量、经度增量和高度增量；步骤4：由运载体上一时刻所处的经度、纬度、高度和当前时刻导航系下位置增量得到当前的航位推算结果，当前的航位推算结果表示为：其中，分别为k时刻航位推算纬度、经度和高度。7.根据权利要求6所述的一种基于组合导航的DVL误差参数在线标定方法，其特征在于所述卡尔曼滤波的具体步骤为：步骤1：将状态变量X和协方差矩阵P的初值进行设定，状态变量X和协方差矩阵P表示为：X(0)＝[δk
″
(0) θ
′

【专利技术属性】
技术研发人员：张舸，伊国兴，魏振楠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：