比力微分的位置法DVL误差标定方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种比力微分的位置法DVL误差标定方法及系统，包括：根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至初始步骤。本发明专利技术具有消除随机噪声及标定自主性的优点。

DVL error calibration method and system based on position method of specific force differentiation

【技术实现步骤摘要】
比力微分的位置法DVL误差标定方法及系统
本专利技术涉及水下导航的
，尤其是指一种比力微分的位置法DVL误差标定方法及系统。
技术介绍
当前多普勒计程仪(简称DVL)测量系统是水下航行器等设备的主要导航器件，利用多普勒效应，可以实现水下高精度的测速应用。但是，由于温度、水流等因素的影响，导致DVL测速过程中存在一定的比例因子误差，进而影响系统导航定位精度。同时，惯性导航系统(简称IMU)与所述DVL之间的安装误差角也是影响系统导航定位精度的原因之一。传统的DVL误差标定过程需要利用外部设备，如GPS导航系统等，获取高精度的位置参考信息，通过速度去标定误差。但由于外部设备需要一定的工作环境及使用条件，而且速度的标定会导致噪声干扰大，因此限制了DVL误差标定过程，不利于水下航行器应用需求的发展。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中在DVL误差标定过程中噪声干扰大的问题，从而提供一种噪声干扰小的位置法DVL误差标定方法及系统。为解决上述技术问题，本专利技术的一种比力微分的位置法DVL误差标定方法，包括如下步骤：根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至初始步骤。在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述DVL及IMU数据计算参考矢量和观测矢量的方法为：根据所述DVL数据及IMU数据构建系统误差模型，根据所述系统误差模型计算参考矢量和观测矢量。在本专利技术的一个实施例中，所述系统误差模型为DVL测速方程。在本专利技术的一个实施例中，所述DVL测速方程为：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示导航系到载体系对应的方向余弦矩阵；vn表示导航系速度；vd表示DVL坐标系速度。在本专利技术的一个实施例中，所述DVL测速方程进行变换后：对上式两边求导可得：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵；vd表示DVL坐标系速度；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵的微分；表示DVL坐标系下速度微分；表示导航系下速度微分。在本专利技术的一个实施例中，所述根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数时：利用所述参考矢量和观测矢量之间的关系可得当获取所述比例因子误差后，得到其中ζp,k表示k时刻计算的比例因子误差；表示位置观测矢量；表示k时刻的位置参考矢量；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵。在本专利技术的一个实施例中，所述标定参数包括比例因子误差和安装误差角。本专利技术还公开了一种比力微分的位置法DVL误差标定系统，包括获取数据模块，所述获取数据模块用于根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；计算模块，所述计算模块用于根据所述DVL及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；判断模块，所述判断模块用于根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述获取数据模块。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本专利技术所述的比力微分的位置法DVL误差标定方法及系统，根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据，有利于实现IMU的加速度计测量与DVL测量关联；根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量，从而具有消除随机噪声的优点；根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述步骤S1，本专利技术由于利用所述IMU的加速度计测量对DVL误差进行标定，因此还具有标定自主性的优点。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1是本专利技术比力微分的位置法DVL误差标定方法流程图；图2是本专利技术水下航行器水下运动速度曲线图；图3是本专利技术比例因子误差标定误差曲线图；图4是本专利技术DVL与惯性导航之间安装误差角标定误差第一曲线图；图5是本专利技术DVL与惯性导航之间安装误差角标定误差第二曲线图。具体实施方式实施例一如图1所示，本实施例提供一种比力微分的位置法DVL误差标定方法，包括如下步骤：步骤S1：根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；步骤S2：根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；步骤S3:根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述步骤S1。本实施例所述比力微分的位置法DVL误差标定方法，所述步骤S1中，根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据，有利于实现IMU的加速度计测量与DVL测量关联；所述步骤S2中，根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量，从而具有消除随机噪声的优点；所述步骤S3中，根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述步骤S1，本专利技术由于利用所述IMU的加速度计测量对DVL误差进行标定，因此还具有标定自主性的优点。根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量的方法为：根据所述DVL数据及IMU数据构建系统误差模型，根据所述系统误差模型计算参考矢量和观测矢量。所述系统误差模型为DVL测速方程。下面详细说明如何根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量：所述DVL测速方程为：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示导航系到载体系对应的方向余弦矩阵；vn表示导航系速度；vd表示DVL坐标系速度。对所述DVL测速方程进行变换后：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵；vn表示导航系速度；vd表示DVL坐标系速度；对公式(2)两边求导可得：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵；vd表示DVL坐标系速度；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵的微分；表示DVL坐标系下速度微分；表示导航系下速度微分。假设载体做水平直线运动，此时可以近似为0，因此公式(3)可以简化为：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示载体系到导航系对应的方向余弦矩阵；vd表示DVL坐标系速度；表示DVL坐标系下速度微分；表示导航系下速度微分；由惯导比力方程可知：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示载体系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1：根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；/n步骤S2：根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；/n步骤S3：根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述步骤S1。/n

【技术特征摘要】
1.一种比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：根据标定过程所设定的运动轨迹产生相应的DVL数据及IMU数据；
步骤S2：根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量；
步骤S3：根据所述参考矢量和观测矢量计算标定参数，判断标定时间是否不小于标定过程的持续时间，若是，则输出标定参数，完成标定过程；若否，则返回至所述步骤S1。


2.根据权利要求1所述的比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于：所述根据所述DVL数据及IMU数据计算参考矢量和观测矢量的方法为：根据所述DVL及IMU数据构建系统误差模型，根据所述系统误差模型计算参考矢量和观测矢量。


3.根据权利要求2所述的比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于：所述系统误差模型为DVL测速方程。


4.根据权利要求3所述的比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于：所述DVL测速方程为：其中ζ表示比例因子误差；表示安装误差角对应的方向余弦矩阵；表示导航系到载体系对应的方向余弦矩阵；vn表示导航系速度；vd表示DVL坐标系速度。


5.根据权利要求4所述的比力微分的位置法DVL误差标定方法，其特征在于：所述DVL测速方程进行变换后：对上...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祥，郭泽涛，朱琳，桂靖，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32