[發明專利]一種多普勒計程儀測速誤差的修正方法

在審

• 申請號: 201710245121.6
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN106908086A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 王博;劉沛佳;肖烜;鄧志紅;汪順亭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 李愛英,郭德忠

技術領域

本發明涉及導航系統及導航傳感器技術領域，具體涉及一種多普勒計程儀測速誤差的修正方法。

背景技術

在長航時導航中，由于慣性導航系統(INS)的誤差隨時間積累，因此，需要其他傳感器來輔助來進行組合導航，從而抑制INS的誤差積累。在水下潛器的長航時導航中，由于水下環境的特殊性，無線電信號在水中衰減迅速，致使以GPS等為代表的全球導航衛星系統(GNSS)無法在水下使用，需要尋找其他傳感器來實現水下組合導航。

多普勒計程儀(DVL)作為一種精確的速度傳感器，在水下組合導航中得到了廣泛地應用，INS/DVL是目前實現水下自主導航的主要方式。DVL測速精度是INS/DVL組合導航系統精度的關鍵因素，在正常情況下，DVL在底跟蹤模式下測速精度可以達到當前載體速度的1％，可以滿足組合導航精度的需要。然而，當浪涌，或者載體的上浮、下潛運動等因素使載體水平姿態發生變化時，會給DVL的速度量測引入誤差，從而影響組合導航精度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種多普勒計程儀測速誤差的修正方法，基于該修正方法的修正模型能夠利用慣性導航系統(INS)提供的姿態信息，修正由載體俯仰角變化引起的多普勒計程儀(DVL)的測速誤差，從而提高INS/DVL組合導航精度。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

利用公式(9)的修正模型對在Δt＝t₂-t₁時間內的多普勒計程儀量測速度進行修正：

其中V_h＝[V_hx V_hy V_hz]^T表示在Δt＝t₂-t₁時間內載體在水平坐標系h內的速度，為多普勒計程儀經測速誤差修正后輸出的速度；t₁為多普勒計程儀發射信號的時刻，t₂為多普勒計程儀接收到返回信號的時刻；V_{DVL_x}、V_{DVL_y}和V_{DVL_z}分別為多普勒計程儀量測得到的載體的右向、前向和向上的速度；θ為t₁時刻載體的俯仰角；Δθ為Δt時間內載體俯仰角的變化量；L_y和L_z分別為多普勒計程儀安裝點在載體坐標系b Y^b和Z^b軸方向上偏離坐標系原點的距離；ω_θ1為t₁時刻載體的俯仰角變化速率，ω_θ2為t₂時刻載體的俯仰角變化速率。

其中，t₁時刻載體俯仰角變化速率ω_θ1、t₂時刻載體俯仰角變化速率ω_θ2、以及t₁時刻載體的俯仰角θ和t₂時刻載體的俯仰角(θ+Δθ)由載體的導航系統提供。較佳地，導航系統為SINS、INS或GNSS。

進一步地，修正模型的建立方法為：

步驟1，將多普勒計程儀在發射信號時刻t₁和接收信號時刻t₂沿前、右、后和左四條波束方向相對于水底的速度用含有俯仰角相關參數的表達式分別進行表達；

步驟2，依據步驟1得到的t₁和t₂時刻多普勒計程儀相對水底的速度的表達式，得到多普勒計程儀四條波束的頻移[f_D1 f_D2 f_D3 f_D4]^T和載體坐標系b內的速度V_b的關系：

其中C為聲波在水中的傳播速度；f₀為多普勒計程儀發射信號的頻率；α為多普勒計程儀發射信號方向與載體坐標系OX_bY_b平面之間的夾角；V_b＝[V_bx V_by V_bz]^T為載體坐標系b下的載體速度，V_bx、V_by和V_bz分別為載體坐標系b下載體的右向、前向和向上的速度；