[发明专利]一种多普勒计程仪刻度因子误差在线标定方法

说明书

技术领域

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

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。

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V^b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

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。

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：

(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。

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V^b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、前向的速度分别为分解到导航系沿东向和北向的速度分别为V_E，V_N。由于DVL存在刻度因子误差，实际测量值如(1)式所示。