一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法、系统、计算机及存储介质，涉及组合导航技术领域。解决多普勒计程仪标定过程中严重病态的量测方程对标定结果产生极大影响的问题。所述方法包括：采用SINS/GPS组合导航模式对所述运载体进行导航滤波，并计算所述运载体在载体坐标系下的速度；建立DVL测速模型并进行逆向映射，获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差的表达式；建立线性方程，并根据所述线程方程和速度量测量值构建扩展矩阵；根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵进行奇异值分解；计算待标定参数矩阵的估计值和速度量测噪声的估计值，完成多普勒计程仪的标定。本发明专利技术应用于自主水下航行器水下定位导航领域。航行器水下定位导航领域。航行器水下定位导航领域。
【技术实现步骤摘要】
一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法、系统、计算机及存储介质
[0001]本专利技术涉及组合导航
，尤其涉及一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法。
技术介绍
[0002]目前，捷联惯性导航系统(strap
‑
down inertial navigation system,SINS)与多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)相结合的组合导航是自主水下航行器实现深远海导航定位的主要方式。它利用DVL提供的高精度速度信息抑制惯导系统定位误差的累积，且具有高精度、完全独立性、自主性好、隐蔽性高等优点，能长时间的为AUV提供高精度导航信息。但是，DVL的测速精度受到海水温度、盐度以及洋流作用等因素的影响，且与惯导系统存在安装偏差，影响SINS/DVL组合系统的性能，因此需要对DVL标定技术展开研究。
[0003]专利公开号为CN113049005A，名称为“GNSS位置法辅助DVL误差标定方法及系统”的专利文件中，其根据标定过程所需要的运动轨迹产生相应的GNSS数据及DVL数据，然后构建矢量观测器，基于梯度下降法求出安装误差角四元数后再根据四元数与安装误差角方向余弦之间的关系求出安装误差角。又例如在专利申请号为CN110617836A，名称为“一种无模型多普勒计程仪DVL误差标定方法”的专利文件中，其提出的方法中分别采用二维水平速度信息和DVL的水平量测速度作为输出、输入训练样本构建水平回归预测器，然后对水平回归预测器进行训练从而得到训练好的水平回归预测器。
[0004]上述两种方法虽然给DVL误差标定方法提供了两种不同的思路，但是并未解决多普勒计程仪标定过程中严重病态的量测方程对标定结果产生极大影响的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为了解决由于AUV机动能力受限，多普勒计程仪标定过程中严重病态的量测方程对标定结果产生极大影响的问题，提供了一种新的基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所述的一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法通过如下技术方案来实现，包括以下步骤：
[0007]一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，所述方法包括：
[0008]S1：采用SINS/GPS组合导航模式对所述运载体进行导航滤波，并计算所述运载体在载体坐标系下的速度；
[0009]S2：建立DVL测速模型并进行逆向映射，获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差的表达式；
[0010]S3：根据最小残差和速度量测量值建立线性方程，所述最小残差为0，并根据所述线程方程和速度量测量值构建扩展矩阵；
[0011]S4：根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵进行奇异值分解；
[0012]S5：根据S4所述的分解结果，计算待标定参数矩阵的估计值和速度量测噪声的估计值，完成多普勒计程仪的标定。
[0013]进一步的，还提供一种优选方式，所述步骤S1具体为：
[0014]将所述运载体进行初始对准，所述初始对准的运载体进入SINS/GPS组合导航模式；
[0015]根据所述SINS/GPS组合导航模式的组合导航滤波器对所述初始对准的运载体进行导航滤波；
[0016]根据所述滤波结果，利用坐标变换法将运载体在导航坐标系下的速度进行解算，得到运载体在载体坐标系下的速度
[0017]进一步的，还提供一种优选方式，所述步骤2具体为：
[0018]建立DVL测速模型并进行逆向映射，所述逆向映射的DVL测速模型为：
[0019][0020]其中，为DVL在DVL坐标系(d系)下输出的速度，为DVL在载体坐标系下输出的速度，为速度量测噪声，为待标定参数矩阵，K为标度因数，为载体坐标系到DVL坐标系的安装误差角坐标变换矩阵；
[0021]获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差r的表达式为：
[0022][0023]其中，Γ为由待标定参数矩阵P定义的矩阵，Γ＝P
T
P。
[0024]进一步的，还提供一种优选方式，所述步骤S3的线性方程为：
[0025]Z＝HX
[0026]其中，Z为q维的量测向量，X为9维的系统状态向量，H为量测矩阵。
[0027]进一步的，还提供一种优选方式，所述步骤S4包括：
[0028]根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵(H，Z)进行奇异值分解：
[0029][0030]其中：σ
i
是第i个奇异值，i＝1,2,L,10，并且有σ1≥σ2≥L≥σ
10
；u
i
是矩阵U的第i列矢量，U
T
U＝I
q
，I
q
为q阶的单位矩阵；v
i
是矩阵V的第i列矢量；
[0031]根据矩阵V求解截断总体最小二乘的解
[0032][0033]其中，是V
22
的伪逆，||
·
|||2为2
‑
范数。
[0034]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定系统，所述系统包括：
[0035]单元一：用于采用SINS/GPS组合导航模式对所述运载体进行导航滤波，并计算所
述运载体在载体坐标系下的速度；
[0036]单元二：用于建立DVL测速模型并进行逆向映射，获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差的表达式；
[0037]单元三：用于根据最小残差和速度量测量值建立线性方程，所述最小残差为0，并根据所述线程方程和速度量测量值构建扩展矩阵；
[0038]单元四：用于根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵进行奇异值分解；
[0039]单元五：用于根据S4所述的分解结果，计算待标定参数矩阵的估计值和速度量测噪声的估计值，完成多普勒计程仪的标定。
[0040]进一步的，还提供一种优选方式，所述单元一具体为：
[0041]将所述运载体进行初始对准，所述初始对准的运载体进入SINS/GPS组合导航模式；
[0042]根据所述SINS/GPS组合导航模式的组合导航滤波器对所述初始对准的运载体进行导航滤波；
[0043]根据所述滤波结果，利用坐标变换法将运载体在导航坐标系下的速度进行解算，得到运载体在载体坐标系下的速度
[0044]进一步的，还提供一种优选方式，所述单元二具体为：
[0045]建立DVL测速模型并进行逆向映射，所述逆向映射的DVL测速模型为：
[0046][0047]其中，为DVL在DVL坐标系下输出的速度，为DVL在载体坐标系下输出的速度，为速度量测噪声，为待标定参数矩阵，K为标度因数，为载体坐标系到DVL坐标系的安装误差角坐标变换矩阵；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，其特征在于，所述方法包括：S1：采用SINS/GPS组合导航模式对所述运载体进行导航滤波，并计算所述运载体在载体坐标系下的速度；S2：建立DVL测速模型并进行逆向映射，获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差的表达式；S3：根据最小残差和速度量测量值建立线性方程，所述最小残差为0，并根据所述线程方程和速度量测量值构建扩展矩阵；S4：根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵进行奇异值分解；S5：根据S4所述的分解结果，计算待标定参数矩阵的估计值和速度量测噪声的估计值，完成多普勒计程仪的标定。2.根据权利要求1所述的一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将所述运载体进行初始对准，所述初始对准的运载体进入SINS/GPS组合导航模式；根据所述SINS/GPS组合导航模式的组合导航滤波器对所述初始对准的运载体进行导航滤波；根据所述滤波结果，利用坐标变换法将运载体在导航坐标系下的速度进行解算，得到运载体在载体坐标系下的速度3.根据权利要求1所述的一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，其特征在于，所述步骤2具体为：建立DVL测速模型并进行逆向映射，所述逆向映射的DVL测速模型为：其中，为DVL在DVL坐标系下输出的速度，为DVL在载体坐标系下输出的速度，为速度量测噪声，为待标定参数矩阵，K为标度因数，为载体坐标系到DVL坐标系的安装误差角坐标变换矩阵；获取运载体在载体坐标系的速度与DVL测速模型在载体坐标系的速度的残差r的表达式为：其中，Γ为由待标定参数矩阵P定义的矩阵，Γ＝P
T
P。4.根据权利要求1所述的一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，其特征在于，所述步骤S3的线性方程为：Z＝HX其中，Z为q维的量测向量，X为9维的系统状态向量，H为量测矩阵。5.根据权利要求1所述的一种基于截断总体最小二乘的多普勒计程仪标定方法，其特征在于，所述步骤S4包括：根据截断总体最小二乘方法对扩展矩阵(H，Z)进行奇异值分解：
其中：σ
i
是第i个奇异值，i＝1,2,L,10，并且有σ1≥σ2≥L≥σ
10
；u
i
是矩阵U的第i列矢量，U
T
U＝I
q
，I
q
为q阶的单位矩阵；v
i
是矩阵V的第i列...
【专利技术属性】
技术研发人员：奔粤阳，辛傲，赵玉新，李倩，李帅阳，方时铮，王志伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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