一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法
【专利摘要】一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，采用圆形轨迹使水下载体旋回运行360°，在一周圆形轨迹运行中必然经过正东、正西、正南和正北四个位置，通过长基线(LBL)声学导航系统判断出载体经过这四个方向的时间段，实现航位推算(DR)过程中多普勒计程仪(DVL)刻度因子误差和罗经航向误差的解耦，并利用DR和LBL的导航结果对DVL刻度因子误差进行在线标定。本发明具有简便有效，仅需位置信息的优点，适用于水下载体DVL刻度因子误差在线标定。
【专利说明】一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，属于声学测量领域， 可提高DVL的测量精度和水下载体DR的导航精度。适用于水下载体DVL刻度因子误差在 线标定和补偿。
【背景技术】
[0002] 基于DVL和罗经的航位推算具有独立自主、频率高的优点，是一种水下载体常用 的导航方法。但由于DVL和罗经各自存在的误差，航位推算结果会随着时间快速发散，降低 了导航精度。通常采用航位推算与声学系统（如LBL)进行组合导航来有效制约航位推算 的误差发散，提高导航精度，但在组合滤波过程中，DVL刻度因子误差等参数由于可观测性 较低不能很好地估计出来。水下环境复杂，声学系统由于作用距离限制和水下障碍物干扰 等因素往往出现中断，此时只能依靠航位推算进行导航。因此，从根本上提高航位推算导航 精度具有重要意义。
[0003] 航位推算导航精度直接取决于DVL和罗经的器件精度。DVL误差主要有常值误差、 刻度因子误差和偏流角误差，其中常值误差可以通过离线标定较好的解决，偏流角误差通 过采用詹姆斯配置的四波束测速也可解决，刻度因子误差是一个随机常数，每次开机工作 都会不同，是DVL的主要误差。罗经误差主要为航向角误差。在航位推算中，DVL测得的相 对载体系的速度Vb通过罗经测得的姿态角投影得到导航系下的速度Vn，这使得两者的误差 存在耦合关系，为DVL刻度因子误差的标定增加了难度。加之水下环境复杂多变，可利用信 息少，标定方法会受到很大限制。如何将DR过程中DVL误差和罗经误差进行解耦分离，并 对DVL刻度因子误差进行在线标定是一个难点和急需解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的：充分考虑到水下环境可利用信息少的情况，提出一种多普勒计程 仪刻度因子误差在线标定方法，该方法仅利用LBL提供的位置信息，在载体运行圆形轨迹 时，判断出正东、正西、正南和正北四个方向，实现DR过程中DVL刻度因子误差和罗经航向 误差的解耦，并对DVL刻度因子误差进行在线标定。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，其特 征在于：采用圆形轨迹使水下载体旋回运行360°，在一周圆形轨迹运行中必然经过正东、 正西、正南和正北四个位置，通过长基线（LBL)声学导航系统判断出载体经过这四个方向 的时间段，实现航位推算（DR)过程中多普勒计程仪（DVL)刻度因子误差和罗经航向误差的 解耦，并利用DR和LBL的导航结果对DVL刻度因子误差进行在线标定，包括以下步骤：
[0006] (1)载体运行一个圆形轨迹；
[0007] (2)以一定时间间隔T计算在此时间间隔内DR和LBL各自的导航位置变化信息；
[0008] (3)利用LBL位置信息对载体运行轨迹的正东、正西、正南和正北方向进行判断， 并计算DVL刻度因子误差；
[0009] (4)将⑶中计算的载体位于正东、正西、正南和正北时DVL刻度因子误差标定值 求平均，得到最终标定结果。
[0010] 本发明的原理：在基于DVL和罗经的航位推算导航中，通常利用罗经测量的航向 和水平姿态将DVL测量的相对大地坐标系的速度Vb投影到导航坐标系上，再进行位置解 算，得到载体位置信息。忽略高速通道，设DVL测得的载体系下沿载体右向、前向的速度分 别为6，ξ，分解到导航系沿东向和北向的速度分别为VE，Vn。由于DVL存在刻度因子误 差，实际测量值如（1)式所示。
[0011]
【权利要求】
1. 一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 载体运行一个圆形轨迹； (2) 以一定时间间隔T计算在此时间间隔内DR和LBL各自的导航位置变化信息； (3) 利用LBL位置信息对载体运行轨迹的正东、正西、正南和正北方向进行判断，并计 算DVL刻度因子误差； (4) 将（3)中计算的载体位于正东、正西、正南和正北时DVL刻度因子误差标定值求平 均，得到最终标定结果。
2. 根据权利要求1所述的多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，其特征在于：所 述步骤（1)中在标定DVL刻度因子误差时，载体运行一个圆形轨迹。
3. 根据权利要求1所述的多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法，其特征在于：所 述步骤（3)中利用LBL位置信息实现对载体运行轨迹正东、正西、正南和正北方向的判断。
【文档编号】G01C25/00GK104482943SQ201410808250
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月22日 优先权日:2014年12月22日
【发明者】张延顺, 李春雨, 郭雅静 申请人:北京航空航天大学