[发明专利]一种多普勒计程仪测速误差的修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航系统及导航传感器技术领域，具体涉及一种多普勒计程仪测速误差的修正方法。

背景技术

在长航时导航中，由于惯性导航系统(INS)的误差随时间积累，因此，需要其他传感器来辅助来进行组合导航，从而抑制INS的误差积累。在水下潜器的长航时导航中，由于水下环境的特殊性，无线电信号在水中衰减迅速，致使以GPS等为代表的全球导航卫星系统(GNSS)无法在水下使用，需要寻找其他传感器来实现水下组合导航。

多普勒计程仪(DVL)作为一种精确的速度传感器，在水下组合导航中得到了广泛地应用，INS/DVL是目前实现水下自主导航的主要方式。DVL测速精度是INS/DVL组合导航系统精度的关键因素，在正常情况下，DVL在底跟踪模式下测速精度可以达到当前载体速度的1％，可以满足组合导航精度的需要。然而，当浪涌，或者载体的上浮、下潜运动等因素使载体水平姿态发生变化时，会给DVL的速度量测引入误差，从而影响组合导航精度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多普勒计程仪测速误差的修正方法，基于该修正方法的修正模型能够利用惯性导航系统(INS)提供的姿态信息，修正由载体俯仰角变化引起的多普勒计程仪(DVL)的测速误差，从而提高INS/DVL组合导航精度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

利用公式(9)的修正模型对在Δt＝t₂-t₁时间内的多普勒计程仪量测速度进行修正：

其中V_h＝[V_hx V_hy V_hz]^T表示在Δt＝t₂-t₁时间内载体在水平坐标系h内的速度，为多普勒计程仪经测速误差修正后输出的速度；t₁为多普勒计程仪发射信号的时刻，t₂为多普勒计程仪接收到返回信号的时刻；V_{DVL_x}、V_{DVL_y}和V_{DVL_z}分别为多普勒计程仪量测得到的载体的右向、前向和向上的速度；θ为t₁时刻载体的俯仰角；Δθ为Δt时间内载体俯仰角的变化量；L_y和L_z分别为多普勒计程仪安装点在载体坐标系b Y^b和Z^b轴方向上偏离坐标系原点的距离；ω_θ1为t₁时刻载体的俯仰角变化速率，ω_θ2为t₂时刻载体的俯仰角变化速率。

其中，t₁时刻载体俯仰角变化速率ω_θ1、t₂时刻载体俯仰角变化速率ω_θ2、以及t₁时刻载体的俯仰角θ和t₂时刻载体的俯仰角(θ+Δθ)由载体的导航系统提供。较佳地，导航系统为SINS、INS或GNSS。

进一步地，修正模型的建立方法为：

步骤1，将多普勒计程仪在发射信号时刻t₁和接收信号时刻t₂沿前、右、后和左四条波束方向相对于水底的速度用含有俯仰角相关参数的表达式分别进行表达；

步骤2，依据步骤1得到的t₁和t₂时刻多普勒计程仪相对水底的速度的表达式，得到多普勒计程仪四条波束的频移[f_D1 f_D2 f_D3 f_D4]^T和载体坐标系b内的速度V_b的关系：

其中C为声波在水中的传播速度；f₀为多普勒计程仪发射信号的频率；α为多普勒计程仪发射信号方向与载体坐标系OX_bY_b平面之间的夹角；V_b＝[V_bx V_by V_bz]^T为载体坐标系b下的载体速度，V_bx、V_by和V_bz分别为载体坐标系b下载体的右向、前向和向上的速度；