[發(fā)明專利]一種DVL測(cè)速誤差在線標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810723896.4
• 申請(qǐng)日: 2018-07-04
• 公開（公告）號(hào): CN108871379B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王博;劉涇洋;鄧志紅;肖烜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C25/00
• 分類號(hào): G01C25/00
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕

本發(fā)明對(duì)DVL的測(cè)速誤差進(jìn)行了更為準(zhǔn)確的建模，提出一種DVL測(cè)速誤差在線標(biāo)定方法，將運(yùn)載體的起始點(diǎn)作為“第一個(gè)點(diǎn)”，使運(yùn)載體以恒定姿態(tài)下潛，接著以恒定姿態(tài)做水平直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間后上浮至水面，接收GNSS信號(hào)獲得位置信息，將第一次上浮的點(diǎn)作為“第二個(gè)點(diǎn)”，記錄“第一個(gè)點(diǎn)”至“第二個(gè)點(diǎn)”的運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)位移和帶有誤差的位移；然后再一次使運(yùn)載體以恒定姿態(tài)下潛，接著以恒定姿態(tài)做水平直線運(yùn)動(dòng)，將第二次上浮的點(diǎn)作為“第三個(gè)點(diǎn)”，記錄“第二個(gè)點(diǎn)”至“第三個(gè)點(diǎn)”的運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)位移和帶有誤差的位移，將兩次所述位移帶入標(biāo)定方程組得到全部待標(biāo)定測(cè)速誤差項(xiàng)，從而完成標(biāo)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種DVL測(cè)速誤差在線標(biāo)定方法，屬于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高精度的水下導(dǎo)航仍是所有水下平臺(tái)所面臨的重大挑戰(zhàn)。由于不需要先驗(yàn)知識(shí)和實(shí)時(shí)的外部信息，因此慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)/多普勒計(jì)程儀(DVL)組合導(dǎo)航是最具發(fā)展?jié)摿Φ乃聦?dǎo)航方法之一。INS可以獨(dú)立地提供所有導(dǎo)航信息：姿態(tài)、速度和位置。它雖然短時(shí)精度高，但誤差會(huì)隨著時(shí)間而累積。對(duì)于INS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)，DVL可以提供精確的速度量測(cè)，因此INS誤差會(huì)得到很好地抑制，導(dǎo)航定位精度有了很大程度地提升。

DVL的測(cè)速精度是影響SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度的決定性因素之一，DVL的測(cè)速誤差主要由三部分組成：刻度因數(shù)誤差、安裝誤差角和常值誤差。DVL測(cè)速誤差標(biāo)定問題引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，最早的標(biāo)定方法只考慮了一個(gè)自由度，即只考慮航向安裝偏差角。一種基于最小二乘法的船載DVL航向安裝誤差角的估計(jì)方法被提出，該方法以全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)提供的速度信息作為外參考來估計(jì)安裝誤差角。隨后，安裝誤差角標(biāo)定被擴(kuò)展到了3個(gè)自由度，即除了航向安裝偏差角之外，還估計(jì)了水平安裝誤差角。但是這些標(biāo)定方法需要額外的傳感器提供精確的位置和速度信息，例如GNSS或者長(zhǎng)基線導(dǎo)航系統(tǒng)(LBL)。這就要求航行器在在水面接收GNSS信號(hào)或者利用附近的發(fā)射基站以獲取準(zhǔn)確的位置信息，因此，該標(biāo)定方法應(yīng)用條件較為苛刻，在實(shí)際使用中受到了一定的限制。有學(xué)者提出了一種GNSS輔助下的基于Kalman濾波的標(biāo)定方法，該方法要求運(yùn)載體在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)接收GNSS信號(hào)，不利于運(yùn)載體在執(zhí)行任務(wù)時(shí)保持其隱蔽性。同時(shí)由于運(yùn)載體沒有橫向速度，因此該方法常常會(huì)導(dǎo)致橫滾安裝誤差角無法標(biāo)定。為了解決上述問題，有學(xué)者提出了一種基于回溯的多普勒測(cè)速誤差標(biāo)定方法，該方法只需上浮一次就可以實(shí)現(xiàn)安裝誤差角和刻度因數(shù)的標(biāo)定。但該方法僅僅能標(biāo)定出航向安裝誤差角和刻度因數(shù)，無法標(biāo)定出水平安裝誤差角和常值誤差，這導(dǎo)致SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度受到一定程度的限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明對(duì)DVL的測(cè)速誤差進(jìn)行了更為準(zhǔn)確的建模，提出一種DVL測(cè)速誤差在線標(biāo)定方法，僅需要運(yùn)載體上浮兩次接收GNSS信息即可實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)除橫滾安裝誤差角之外的全部DVL測(cè)速誤差項(xiàng)的標(biāo)定，在執(zhí)行任務(wù)中盡可能的保持了運(yùn)載體的隱蔽性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種DVL測(cè)速誤差在線標(biāo)定方法，將運(yùn)載體的起始點(diǎn)作為“第一個(gè)點(diǎn)”，使運(yùn)載體以恒定姿態(tài)下潛，接著以恒定姿態(tài)做水平直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行一段時(shí)間后上浮至水面，接收GNSS信號(hào)獲得位置信息，將第一次上浮的點(diǎn)作為“第二個(gè)點(diǎn)”，記錄“第一個(gè)點(diǎn)”至“第二個(gè)點(diǎn)”的運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)位移和帶有誤差的位移；然后再一次使運(yùn)載體以恒定姿態(tài)下潛，接著以恒定姿態(tài)做水平直線運(yùn)動(dòng)，將第二次上浮的點(diǎn)作為“第三個(gè)點(diǎn)”，記錄“第二個(gè)點(diǎn)”至“第三個(gè)點(diǎn)”的運(yùn)動(dòng)軌跡的真實(shí)位移和帶有誤差的位移，將兩次所述位移帶入標(biāo)定方程組得到全部待標(biāo)定測(cè)速誤差項(xiàng)，從而完成標(biāo)定。

進(jìn)一步地，所述標(biāo)定方程組采用以下形式：