[发明专利]一种SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法

权利要求书

1.一种SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、构建SINS/USBL一体化定位系统结构，将基阵坐标系内两两相对的4个球形换能器的几何中心与SINS坐标系映射至实体结构之中，用于测量SINS坐标系与实际USBL基阵坐标系之间的失准角；

步骤2、利用三坐标测量仪对步骤1构建的SINS/USBL一体化定位系统结构的4个球形换能器与SINS坐标系进行标定；

步骤3、计算非正交的基阵坐标系X_aY_aZ_a与正交的SINS坐标系X_bY_bZ_b之间的安装误差角的标定结果；

步骤4、对步骤3计算得出的非正交的基阵坐标系安装误差角的标定结果进行补偿，计算得出应答器在地理坐标系中的坐标；

所述步骤1的SINS/USBL一体化定位系统基阵结构为：基阵结构底部安装有4个球形换能器，该4个球形换能器两两对称设置，该两两对称设置的球形换能器的球心中心连线AC与BD构成了基阵坐标系两个水平轴；该4个球形换能器使用螺母固定安装在圆环结构上并保持相互间尺寸的稳定性，该圆环结构通过4根钛合金的连杆与SINS的水平基准面固装在一起，该SINS水平基准面上方安装有两个圆柱形限位销E,F，其内侧靠面构成了SINS方位基准面，该SINS方位基准面与SINS水平基准面相垂直，方位基准面的法线方向代表了SINS的航向基准；

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)标定前将步骤1构建的SINS/USBL一体化定位系统基阵结构反向固定在三坐标测量仪台面上，使四个接收换能器阵元向上，SINS的水平基准面向下并与三坐标测量仪工作台的安装面固定好；

(2)以SINS/USBL一体化定位系统基阵结构的SINS水平基准面和SINS方位基准面为坐标基准，使用三坐标测量仪测量4个球型换能器A、B、C、D的三维坐标分别为(x_i y_i z_i)，其中，i＝(A，B，C，D)；

所述步骤3的具体步骤包括：

(1)非正交的基阵坐标系X_aY_aZ_a与正交的SINS坐标系X_bY_bZ_b之间的变换关系公式为：

其中，B_Align：基阵坐标系与SINS坐标系之间的姿态变换矩阵；θ_zx,θ_yx,θ_zy,θ_xy,θ_xz,θ_yz:非正交系三个轴投影至正交系的六个安装误差角；

(2)非正交的基阵坐标系X_aY_aZ_a与正交的SINS坐标系X_bY_bZ_b之间的安装误差角的标定结果的计算公式为：

其中：

L_AC：A阵元和C阵元之间的几何中心距离；

L_BD：换能器阵元B和D之间的几何中心距离；

所述步骤4的具体方法为：

设水下目标所携带的信标在基阵坐标系中的位置为x_Beacon，船体坐标系向大地坐标系转换的方向余弦矩阵为R_U，基阵坐标系与SINS坐标系之间的姿态变换矩阵B_Align，基阵处位置为x_GNSS，则应答器在地理坐标系中的坐标x_Earth为：

x_Earth＝x_GNSS+R_UB_Alignx_Beacon

其中：

x_GNSS由安装在船上的卫导系统提供，经过了卫导天线与基阵之间的杆臂误差补偿；

H：舰船航向角；Ψ：舰船纵摇角；θ：舰船横摇角；

B_Align：事先标定并由非正交系X_aY_aZ_a与正交系X_bY_bZ_b之间的变换关系公式求得；

x_Beacon：由USBL测量得到。