本发明专利技术公开自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法。1）数据采集：获取AUV在水面时的东北向位置信息、深度信息、速度信息、姿态信息；2）滤波估计：根据带误差校正的DVL航位推算模型，取AUV三维位置信息及DVL三维安装偏角为系统状态向量，DVL测得速度信息及姿态传感器测得姿态信息为系统输入向量，取AUV三维位置信息为测量向量，建立离散时间系统状态方程和测量方程；采用改进的平方根容积卡尔曼滤波进行滤波估计，得到DVL安装偏角的估计值；3）误差校正：根据安装偏角的估计值得到DVL安装误差校正矩阵。本发明专利技术操作简单，无需外部设备辅助，可有效估计出DVL的三维安装偏差角，从而消除DVL安装误差对AUV导航精度的影响，具有很强的实用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)导航仪器校准技术，属于海洋工程领域。
技术介绍
自主水下航行器是无缆连接的水下无人自主航行器平台，在装载合适的声纳、水文、化学等传感器后可应用于水下环境监测、近海石油工程作业、水下搜索与测绘等领域。它具有控制灵活、航行面积广阔、价格低廉等特点，是近年来海洋工程领域研究的热点之O水下导航技术是实现水下航行器自主航行的关键，但是不同于传统导航系统，水下导航技术具有海洋环境复杂、可获取的外界信息少、系统功耗/体积制约等特点，具有极大的挑战性。常用的水下导航传感器有多普勒计程仪(Doppler Velocity Log, DVL)、电子罗盘、惯性导航系统、深度传感器等，DVL利用安装在AUV载体上的声学换能器阵发射声波，利用多普勒原理测量AUV对于水底或者水层/水面的相对速度，具有精度高的特点，是水下航行器导航系统的关键设备 。DVL测得的速度信息是相对于自身定义的仪器坐标系下的速度，在使用DVL测量的速度进行导航时，必须要经过坐标转换，将其转换到导航坐标系下，这一过程通常需利用姿态传感器测得的载体姿态信息。若DVL仪器坐标系与载体坐标系不存在安装偏角，则坐标转换过程不会导致测量速 度的偏差。然而实际工程应用中，DVL安装误差通常难以避免，其安装偏角会导致速度转换误差，进而直接影响系统整体的导航精度，且随着航行时间的增加会产生累计误差，因此 有 必要对DVL的安装误差进行校正，以提高AUV自主导航精度。现有的安装误差校正方法中平均速度校正法应用比较广泛，但是该方法忽略了横滚和纵倾安装偏角的影响，同时要求校正过程中，载体航行姿态保持不变并进行长距离直线航行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供。，步骤如下:I)数据采集:利用全球定位系统获取AUV在水面时的东北向位置信息，深度计获取AUV的深度信息，利用DVL采集AUV的速度信息，利用姿态传感器获取姿态信息；2)滤波估计:根据带误差校正的DVL航位推算模型，取AUV三维位置信息及DVL三维安装偏角为系统状态向量，DVL测得速度信息及姿态传感器测得姿态信息为系统输入向量，取AUV三维位置信息为测量向量，建立离散时间系统状态方程和测量方程；采用改进的平方根容积卡尔曼滤波进行滤波估计，得到DVL安装偏角的估计值；3)误差校正:根据安装偏角的估计值得到DVL安装误差校正矩阵，用于AUV导航系统校准，提高AUV导航精度。步骤2)中，所述的带误差校正的DVL航位推算模型推导如下:根据载体坐标系与DVL仪器坐标系的转换关系，存在安装偏差时，DVL测量速度的校正公式可表示为: 其中，Vdy <]T为DVL测量得到的三维速度，Vby Vz6]T为载体速度，<(π)为安装误差校正矩阵，即DVL仪器坐标系向载体坐标系转换的旋转矩阵，Π = [α β y]τ为仪器坐标系相对于载体坐标系的横滚、纵倾和航偏三维偏角，当DVL和姿态传感器安装固定后，三维偏角为固定值，安装误差校正矩阵K (Π)为: cos;/ cos β - sin / cos a + cos y sin β?ηα sin ysin a + cos ycos β sin aR (Tl) = sin/cos/i cos/cos or + sin/sin /isin a - cos;/ sin a + sin y sin β cos a {^2 ) -sin βcos/7sin ^cos/7 cos a根据三维姿态信息，将载体移动速度投影到导航坐标系，在前一刻推算得到的位置信息上进行累加得到下一时刻的推算位置信息，得到带误差校正的DVL航位推算模型数学表不为:Yn = Rim-^b(3)Pw(k) = p,!(k -\) + R；； (?(k -\))-R1J- v(k-\).At(4)其中，pn(k) = [xyz]T为k时刻推算得到的三维位置信息，Δ t为航位推算时间间隔，Θ = [φ θ ψ]τ为姿态传感器测得的载体横滚、纵倾和航偏角信息，&Β(Θ)为载体坐标系向导航坐标系转换的旋转矩阵，表示为: cosi//cos (9 -sin ψ cos ^ + cosi// sin ^sin ^si η i/ s i η φ + cos y/ cos ?9 s i η ^= sin cos (9 cos ψ cos ^ + siη ψ sim9 sin φ- cos ψ sin ^ + sin i// sin Θ cos φ OJ -sin Θ cos ^sin ^cos/9 cos ^步骤2)中，所述的离散时间系统状态方程为:[0021 ] xk=f (Xh，Uh, Ii^1)(6)其中XH=IiXyzaβ Y；Hk-l时刻系统状态向量，Uw =[多 θ ψ vdx vdy vf]Sk-1时刻系统输入向量，IV1 Sk-1时刻系统噪声向量，为零均值不相关高斯白噪声，协方差矩阵为Qlri，对应的系统状态变量误差方程为:[x y ^ RK?)-R1'-yd(7)[? β fj =[0 O Of(8)选取AUV三维位置信息为测量向量，则离散化的系统测量方程为:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法，其特征在于，步骤如下：1）数据采集：利用全球定位系统获取AUV在水面时的东北向位置信息，深度计获取AUV的深度信息，利用DVL采集AUV的速度信息，利用姿态传感器获取姿态信息；2）滤波估计：根据带误差校正的DVL航位推算模型，取AUV三维位置信息及DVL三维安装偏角为系统状态向量，DVL测得速度信息及姿态传感器测得姿态信息为系统输入向量，取AUV三维位置信息为测量向量，建立离散时间系统状态方程和测量方程；采用改进的平方根容积卡尔曼滤波进行滤波估计，得到DVL安装偏角的估计值；3）误差校正：根据安装偏角的估计值得到DVL安装误差校正矩阵，用于AUV导航系统校准，提高AUV导航精度。
【技术特征摘要】
1.一种自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法，其特征在于，步骤如下: 1)数据采集:利用全球定位系统获取AUV在水面时的东北向位置信息，深度计获取AUV的深度信息，利用DVL采集AUV的速度信息，利用姿态传感器获取姿态信息； 2)滤波估计:根据带误差校正的DVL航位推算模型，取AUV三维位置信息及DVL三维安装偏角为系统状态向量，DVL测得速度信息及姿态传感器测得姿态信息为系统输入向量，取AUV三维位置信息为测量向量，建立离散时间系统状态方程和测量方程；采用改进的平方根容积卡尔曼滤波进行滤波估计，得到DVL安装偏角的估计值； 3)误差校正:根据安装偏角的估计值得到DVL安装误差校正矩阵，用于AUV导航系统校准，提高AUV导航精度。2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，步骤2)中，所述的带误差校正的DVL航位推算模型推导如下: 根据载体坐标系与DVL仪器坐标系的转换关系，存在安装偏差时，DVL测量速度的校正公式可表示为: 3.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，步骤2)中，所述的离散时间系统状态方程为:xk-f ...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建龙，孙晨，徐文，徐元欣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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