一种DVL测速误差的组合标定方法技术

本公开的一种DVL测速误差的组合标定方法，通过将DVL测量载体的运动速度从DVL坐标系转换到惯导坐标系下，得到惯导坐标系下的载体运动速度；基于所述DVL测量载体的运动速度和所述惯导坐标系下的载体运动速度的差设计所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器；根据所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器和惯导系统的可观测性标定所述DVL测速误差参数，得到载体的真实运动速度。能够在惯性/DVL组合导航之前，通过标定DVL测速误差，提高组合导航系统的精度。导航系统的精度。导航系统的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种DVL测速误差的组合标定方法


[0001]本专利技术属于惯性导航
，具体涉及一种DVL测速误差的组合标定方法。

技术介绍

[0002]惯性导航是以牛顿经典力学理论为基础，利用陀螺仪和加速度计测量载体角速度和线加速度来计算其姿态、速度和位置的一种推算方法。惯性导航系统不需借助外界信息，只依靠自身惯性传感器的测量值便可以完成导航定位任务，具有其它导航手段无法比拟的自主性和隐蔽性。作为一种不可或缺的导航手段，惯性导航在许多领域都得到了广泛应用，尤其是在军事领域。由于是一种航位推算方法，惯性导航系统的速度误差会随着时间的增长而越来越大，进而影响系统的定位精度。因此在一些需要长时间导航定位的场合，比如自主水下潜器，就需要借助多普勒计程仪(以下简称DVL)为系统提供速度信息。
[0003]但是DVL的输出是载体的运动速度在DVL坐标系下的三个分量，需要把这些分量变换到惯导系统坐标系下才能进行导航。由于安装不准确，这两个坐标系之间存在一定的误差角，并且DVL的输出本身有一定误差。这些误差对导航系统有显著的影响，因此对于惯性/DVL组合导航系统，必须事先标定出这些误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足之一，提供了一种DVL测速误差的组合标定方法，能够在惯性/DVL组合导航之前，通过标定出DVL测速误差，提高组合导航系统的精度。
[0005]根据本公开的一方面，本专利技术提供一种DVL测速误差的组合标定方法，所述方法包括：
[0006]将DVL测量载体的运动速度从DVL坐标系转换到惯导坐标系下，得到惯导坐标系下的载体运动速度；
[0007]基于所述DVL测量载体的运动速度和所述惯导坐标系下的载体运动速度的差设计所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器；
[0008]根据所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器和惯导系统的可观测性标定所述DVL测速误差参数，得到载体的真实运动速度。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述将DVL测量载体的运动速度转换到惯导坐标系，得到惯导坐标系下的载体运动速度，包括：
[0010]所述惯导坐标系下的载体运动速度为：其中，V
d
为DVL测量载体的运动速度，δk为DVL测量载体的运动速度和惯导坐标系下的载体运动速度的刻度系数误差，为从DVL坐标系到惯导坐标系的转移矩阵。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器为：
[0012]Z＝V
b
‑
V
d
[0013] ＝(1+δk)(I
‑
η
×
)V
d
‑
V
d
[0014] ＝δkV
d
‑
(1+δk)η
×
V
d
[0015] ＝δkV
d
+V
d
×
[(1+δk)η][0016] ＝HX，
[0017]其中，Z＝[V
x
‑
V
X V
y
‑
V
Y V
z
‑
V
Z
]T
是惯导系统的量测向量， H＝[V
d V
d
×
]3×4是惯导系统的量测矩阵，X＝[δk (1+δk)φ (1+δk)θ (1+δk)ψ]T
是 DVL测速误差参数组成的系统状态向量。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述惯导系统的可观测性的条件是：存在某一时刻，
[0019]矩阵可逆，
[0020]其中，
[0021]矩阵和矩阵
‑
(V
d
×
)2不满秩。
[0022]在一种可能的实现方式中，所述载体的真实运动速度为标定过程中，惯导组合导航得到DVL测量载体的运动速度与转移矩阵的乘积。
[0023]本公开的一种DVL测速误差的组合标定方法，通过将DVL测量载体的运动速度从DVL坐标系转换到惯导坐标系下，得到惯导坐标系下的载体运动速度；基于所述DVL测量载体的运动速度和所述惯导坐标系下的载体运动速度的差设计所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器；根据所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器和惯导系统的可观测性标定所述DVL测速误差参数，得到载体的真实运动速度。能够在惯性/DVL组合导航之前，通过标定DVL测速误差，提高组合导航系统的精度。
附图说明
[0024]附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
[0025]图1示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定原理示意图；
[0026]图2示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定方法流程图；
[0027]图3a
‑
3d分别示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定参数示意图；
[0028]图4a
‑
4d分别示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定参数的不确定度示意图。
具体实施方式
[0029]以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。
[0030]另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0031]图1示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定原理示意图。
[0032]如图1所示，在捷联惯组和GPS的组合导航系统中，捷联惯组和GPS的参数经捷联惯组和GPS组合导航滤波器滤波后得到惯导坐标系速度V
b
，DVL 测量的速度信息为DVL坐标系速度V
d
，将惯导坐标系速度V
b
和DVL坐标系速度V
d
经DVL标定滤波器标定得到经标定后的DVL误差参数，然后以此 DVL误差参数对V
d
进行修正，能够提高DVL测量的精确度。其中，捷联惯组、GPS和DVL的主要性能指标见表1。
[0033][0034]图2示出了根据本公开一实施例的DVL测速误差的组合标定方法流程图。
[0035]如图2所示，该方法可以包括：
[0036]步骤S1：将DVL测量载体的运动速度从DVL坐标系转换到惯导坐标系下，得到惯导坐标系下的载体运动速度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DVL测速误差的组合标定方法，其特征在于，所述方法包括：将DVL测量载体的运动速度从DVL坐标系转换到惯导坐标系下，得到惯导坐标系下的载体运动速度；基于所述DVL测量载体的运动速度和所述惯导坐标系下的载体运动速度的差设计所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器；根据所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器和惯导系统的可观测性标定所述DVL测速误差参数，得到载体的真实运动速度。2.根据权利要求1所述的组合标定方法，其特征在于，所述将DVL测量载体的运动速度转换到惯导坐标系，得到惯导坐标系下的载体运动速度，包括：所述惯导坐标系下的载体运动速度为：其中，V
d
为DVL测量载体的运动速度，δk为DVL测量载体的运动速度和惯导坐标系下的载体运动速度的刻度系数误差，为从DVL坐标系到惯导坐标系的转移矩阵。3.根据权利要求1所述的组合标定方法，其特征在于，所述DVL测速误差的组合标定的Kalman滤波器为：Z＝V
b
‑
V
d
＝(1+δk)(I
‑
η
×
)V
d
‑
V
d
＝δkV

【专利技术属性】
技术研发人员：黄科，姜校亮，可伟，韩袁昭，牛亚辉，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：