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专利名称：一种用于水下ins和dvl组合导航系统的dvl参数标定方法
技术领域：
本发明主要涉及到导航系统领域，特指一种主要适用于远程水下航行器惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)与多普勒测速仪(Doppler Velocity Log, DVL)组合导航中的DVL参数标定方法。
背景技术：
由于远程水下航行器具有远航程的特点，单一的导航系统都无法满足需求。惯性导航具有自主、短时定位精度高的优势，但存在位置误差随时间累积的缺点；GNSS (GlobalNavigation Satellite System)导航定位精度高,定位误差不随时间累积,但存在抗干扰能力弱，且无法进行水下导航等不足。SINS/DVL组合导航则是利用DVL提供的高精度速度信息抑制SINS定位误差的累积，其具有自主性和定位精度高的优点，成为了远程水下潜航器导航技术研究的热点。而DVL的参数(即:DVL刻度因子、DVL与INS基准之间安装角偏差)是影响自主导航精度的关键因素，因此在组合导航时必须对它们进行标定和补偿。目前，在水下INS/DVL组合导航中主要采用较高的加工工艺以保证DVL与INS基准之间的安装关系，或者采用全程使用GNSS方式事先标定DVL的参数。对于上述采用搞精度加工工艺的办法而言，其成本高，并且很难保证DVL与INS之间的安装精度，从而导致INS/DVL组合导航定位精度下降；而对上述全程使用GNSS信号来标定DVL参数的方式而言，则必须使水下航行器浮出水面接受GNSS信号，因此也存在操作复杂等缺点。总而言之，现有远程水下航行器INS/DVL组合导航中的DVL参数标定方法均存在成本高、操作复杂等不足，难以满足远程`水下潜航器高精度INS/DVL组合导航日益迫切的高精度要求。

发明内容
本发明要解决的技术问题就在于:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种计算简单、精度高、操作简单的用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其可广泛应用于远程水下航行器组合导航中的DVL参数标定，从而提高INS/DVL组合导航系统的精度。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:一种用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其流程为:(I)第一次GNSS校准:水下航行器完成初始对准后，进入SINS/DVL组合导航状态，浮出水面接收GNSS信号，进行第一次GNSS校准，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(xICI，u10, zio)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(xe(l，γω, ze(l),作为校准点I的信息；(2)第二次GNSS校准:水下航行器匀速直航，并以INS/DVL组合导航状态工作，航行一段距离后水下航行器上浮开始接收GNSS信号，进行第二次校准，记录从第一个校准点开始到第二个校准点DVL天向投影速度的积分Hm，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(xn，yn，zn)和GNSS位置(xei, yG1, zei),作为校准点2的信息；(3)计算DVL参数:根据校准点I和校准点2记录的GNSS位置信息和组合导航位置信息，计算DVL参数；8卩=DVL刻度因子1、DVL与INS的方位安装角偏差a ^和俯仰安装角偏差β ο，然后代入INS/DVL组合导航进行计算，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(xI2，Y12, zI2)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(xe2，yG2, ze2)，作为校准点3的信息；(4)第三次GNSS校准:航行器折返并匀速直航，航行一定距离时，进行第三次GNSS校准，记录从校准点2开始到校准点3DVL速度在天向投影的积分Hm，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(xI3，yI3，zI3)和GNSS的位置信息(xe3, yG3, Ze3Mt为校准点4的信息，根据·校准点3和校准点4的信息，计算DVL刻度因子1、DVL与INS的方位安装角偏差α I和俯仰安装角偏差βI ；(5)根据上次DVL参数迭代计算总的DVL参数:总DVL刻度因子K、DVL与INS的总方位安装角偏差α和总俯仰安装角偏差β，迭代计算公式如下:K = K0XK1 α=α0+Ct1 β=β0+β1然后代入INS/DVL组合进行计算,记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航位置(xI4, yI4, ζΙ4)和GNSS的位置信息(xG4，yG4, ze4),作为校准点5的信息；(6)第四次GNSS校准:航行器开始下潜折返并匀速直航，当航行一定距离(如5Km)时，进行第四次校准。当GNSS信息有效时，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(xI5，Y15, zI5)和GNSS位置(xe5，yG5, zG5)作为校准点6的信息。根据校准点6组合导航位置(xI5, yI5, Z15)和GNSS位置(xG5，yG5, zG5)信息,计算组合导航的位置误差，判断精度是否满足要求，若满足要求，保存DVL参数，标定完成，否则根据校准点5和校准点6记录的GNSS位置信息和组合导航位置信息，计算DVL参数，根据上次DVL参数计算总的DVL参数，并保存DVL参数，标定完成。作为本发明的进一步改进:所述步骤(3)的具体流程为:(a)分别计算组合导航和GNSS的校准点I到校准点2位置矢量:Rins/DVL — (χιι, Υιι ζιι) _(xio, Yio ζιο)(I)Rgnss — (xgi Ygi zgi) _(xgo，Ygo zgo)(2)(b)根据位置矢量计算方位安装角偏差a ^和DVL刻度因子K。:
权利要求
1.一种用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其特征在于，流程为: (1)第一次GNSS校准:水下航行器完成初始对准后，进入SINS/DVL组合导航状态，浮出水面接收GNSS信号，进行第一次GNSS校准，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(XICI，y10, z10)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(Xoi，Zetl)，作为校准点I的信息； (2)第二次GNSS校准:水下航行器匀速直航，并以INS/DVL组合导航状态工作，航行一段距离后水下航行器上浮开始接收GNSS信号，进行第二次校准，记录从第一个校准点开始到第二个校准点DVL天向投影速度的积分Hm，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(xn，yn，zn)和GNSS位置(xei, yG1, zei),作为校准点2的信息； (3)计算DVL参数:根据校准点I和校准点2记录的GNSS位置信息和组合导航位置信息，计算DVL参数；8卩=DVL刻度因子1、DVL与INS的方位安装角偏差a ^和俯仰安装角偏差β O，然后代入INS/DVL组合导航进行计算，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(xI2，yI2, zI2)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(Xe2，ye2，Ze2)，作为校准点3的信息； (4)第三次GNSS校准:航行器折返并匀速直航，航行一定距离时，进行第三次GNSS校准，记录从校准点2开始到校准点3DVL速度在天向投影的积分Hm，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(XI3，yI3，Z13)和GNSS的位置信息(xe3, yG3, Ze3),作为校准点4的信息；根据校准点3和校准点4的信息，计算DVL刻度因子1、DVL与INS的方位安装角偏差α I和俯仰安装角偏差βI ； (5)根据上次DVL参数迭代计算总的DVL参数:总DVL刻度因子K、DVL与INS的总方位安装角偏差α和总俯仰安装角偏差β，迭代计算公式如下: K = K0XK1 a = a 0+ α ι β = β0+β1 然后代入INS/DVL组合进行计算，记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航位置(XI4，Y14, Z14)和GNSS的位置信息(xe4，yG4, ze4)，作为校准点5的信息； (6)第四次GNSS校准:航行器开始下潜折返并匀速直航，当航行一定距离时，进行第四次校准；当GNSS信息有效时，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(xI5, yI5, zI5)和GNSS位置(xe5，yG5, zG5)作为校准点6的信息；根据校准点6组合导航位置(xI5,yI5,zI5)和GNSS位置(Xe5^yze5)信息,计算组合导航的位置误差,判断精度是否满足要求，若满足要求，保存DVL参数，标定完成；否则根据校准点5和校准点6记录的GNSS位置信息和组合导航位置信息，计算DVL参数；根据上次DVL参数计算总的DVL参数，并保存DVL参数,标定完成。
2.根据权利要求1所述的用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体流程为: (a)分别计算组合导航和GNSS的校准点I到校准点2位置矢量: ^INS/DVL — (xIl, 5^11 zII) _ (χιο Υιο zIO)(I) Rgnss — (xgi, Ygi zgi) _(xgci，Ygo zgci)(2) (b)根据位置矢量计算方位安装角偏差a^和DVL刻度因子Ktl:
全文摘要
一种用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其流程为(1)水下航行器完成初始对准后，进行第一次GNSS校准；(2)匀速直航一定距离后进行第二次GNSS校准；(3)根据两次校准记录的GNSS和组合导航位置信息，计算DVL参数；(4)航行器折返并匀速直航一定距离后进行第三次GNSS校准，计算DVL参数，根据上次DVL参数迭代计算总的DVL参数；(5)航行器折返并直航一定距离时，进行第四次GNSS校准，根据第四次校准组合导航位置和GNSS位置信息，计算组合导航的位置误差，判断精度是否满足要求，若满足则标定完成，否则迭代计算以完成标定。本发明具有计算简单、精度高、操作简单等优点。
文档编号G01S7/40GK103163508SQ20131004108
公开日2013年6月19日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者唐康华, 曹聚亮, 潘献飞, 吴文启, 胡小平, 吴美平, 江明明 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学