一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，该方法通过将惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备一体化安装，并分别通过实验室误差标定和实船误差标定对导航设备进行误差标定。本发明专利技术通过将惯性导航设备与多普勒计程仪一体化安装，使惯性导航设备与多普勒计程仪之间安装偏角为小角度，有利于状态误差的快速预计。有利于状态误差的快速预计。有利于状态误差的快速预计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法


[0001]本专利技术属于船舶导航设备
，具体涉及到一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法。

技术介绍

[0002]多普勒计程仪(Doppler Velocity Log,DVL)是以多普勒声纳技术为基础的水声导航设备，能够测量船舶对于水底的绝对速度，可有效解决无线电导航与卫星导航信号在水下传播迅速衰减的问题，是一种误差不随时间积累、完全自主的导航方式。多普勒计程仪作为外速度辅助与惯性导航系统结合能够有效抑制惯导系统误差随时间发散的问题，能够提高系统总体精度。
[0003]常规惯性与多普勒计程仪组合，采用分体式安装，即惯性导航系统与计程仪分别安装，惯性导航系统安装于船舶/水下潜器舱室内，多普勒计程仪安装于船体下部，这种安装方式有两个缺点：一是惯性导航设备与多普勒计程仪之间存在安装位置误差，在计算时需要补偿这一误差；二是惯性导航设备与多普勒计程仪之间存在安装角度误差，在卡尔曼滤波或者速度阻尼过程中，大的安装角度误差会影响误差估计的收敛速度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：第一步，准备一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备，该设备包括惯性导航单元、多普勒计程仪电子机箱、换能器基阵、导航计算板、电源板和水密舱结构件，所述水密舱结构件内分别安装所述多普勒计程仪电子机箱、所述惯性导航单元、导航计算板和电源板，所述换能器基阵安装在所述水密舱结构件外部一侧；所述惯性导航单元用于输出光纤陀螺和石英加速度计数据，所述换能器基阵用于发射和接收声学信号，所述多普勒计程仪电子机箱用于电能和声能的相互转换并获取对水底加速度，所述导航计算板用于接收所述惯性导航单元输出的加速度和加速度信息和多普勒计程仪电子机箱发送的计程仪信息，并进行组合导航计算，所述电源板用于给组合导航设备提纲多种直流电源；第二步，实验室误差标定，将惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备安装在三轴转台上并按照固定转位和速率转动，获取离散标定参数；第三步，在惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备供电并框架锁定状态下对惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备进行粗对准，按照预设的旋转路径控制转台转动，并记录导航误差和陀螺、加速度计数据，以记录的导航误差作为观测变量，以记录的陀螺、加速度计误差为状态变量，通过卡尔曼滤波建立误差方程以及量测方程对陀螺、加速度计误差参数进行标定，并根据标定的陀螺、加速度计误差参数求出补偿后的正交陀螺和加速度计的输出值；第四步，实船误差标定，惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备在实验室误差标定完成后进行实船误差标定，将惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备安装在母船上，在惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备供电状态下使导航计算板接收母船发送的GPS位置和速度信息，并将接收的母船发送的GPS位置、速度作为观测变量，控制母船沿直线行驶记录导航误差作为状态变量，并根据惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备自身输出的位置和速度信息进行卡尔曼滤波，通过卡尔曼滤波对计程仪刻度系数误差、航向安装误差、俯仰安装误差参数进行标定，完成惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备的误差标定。2.根据权利要求1所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述水密舱结构件整体呈圆柱体形，所述水密舱结构件内部设有空腔，所述惯性导航单元、多普勒计程仪电子机箱、导航计算板和电源板安装在所述水密舱结构件的空腔内，所述换能器基阵与所述水密舱结构件一侧通过螺栓连接，所述导航计算板和电源板一体设置。3.根据权利要求2所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述惯性导航单元包括光纤陀螺仪和石英加速度计。4.根据权利要求1所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述第二步中获取的离散标定参数包括陀螺、加速度计刻度系数、壳体坐标系安装误差和惯性器件零位。5.根据权利要求1所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述第三步中导航误差为惯性/多普勒计程仪一体化组合导航设备在旋转过程中产生的速度误差和位置误差，所述导航误差通过公式求解，求解公式具体为：Z＝[δV
E
δV
N
δV
U
δLδλδh]
T
，
其中δV
E
,δV
N
,δV
U
为东向、北向、天向速度误差，δL,δλ,δh为纬度、经度和高度误差。6.根据权利要求1所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述第三步中的状态变量选取为30维，具体为：其中，φ
E
,φ
N
,φ
U
为东向、北向、天向平台偏角，ε
x
,ε
y
,ε
z
为陀螺漂移，为加速度计零偏，Δk
gx
,Δk
gy
,Δk
gz
为陀螺的刻度系数误差，Δk
ax
,Δk
ay
,Δk
az
为加速度计的刻度系数误差，S
gxz
,S
gxy
,S
gyz
,S
gyx
,S
gzy
,S
gzx
为陀螺安装误差，S
ayz
,S
azy
,S
azx
为加速度计安装误差。7.根据权利要求1所述的一种基于惯性/多普勒计程仪一体化的组合导航设备的误差标定方法，其特征在于，所述第三步中的通过卡尔曼滤波建立误差方程以及量测方程具体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，朱锦成，董彪，宋世磊，刘文文，
申请(专利权)人：中船航海科技有限责任公司，
类型：发明
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