[发明专利]一种DVL安装误差标定方法、设备及系统

说明书

本发明实施例公开了一种DVL安装误差标定方法、设备及系统，该方法包括：步骤一，建立DVL的测速模型，步骤二，以李代数表达载体姿态，利用非线性最小二乘法根据该测速模型建立目标函数；步骤三，利用目标函数不断迭代得到极小值，以所述极小值对应的李代数标定所述安装误差角方向余弦阵。本发明实施例中，采用李代数的方法表示旋转矩阵，不存在奇点，不会出现万向节锁死问题，可以实现合并连续变换，适用于一次与二次近似模型，并在一定程度上避免线性方程组的系数矩阵的非奇异和病态问题，提供更稳定、更准确的增量。

技术领域

本发明实施例涉及水下自主导航技术领域，尤其是涉及一种DVL安装误差标定方法、设备及系统。

背景技术

多普勒计程仪(DopplerVelocity Log，DVL)是一种利用多普勒效应原理，测量载体相对海底和水体三维速度的精密仪器，广泛应用于水中装备、舰船导航等领域，是现代水下自主导航系统的重要组成。

随着人类对海洋探索需求的日益增加，水下载体平台对导航精度的要求也在日渐提高。受载体结构、生产工艺、机械加工精度和安装方式等因素的限制，DVL在安装过程中难免会出现声学基阵安装位置偏离载体摇摆重心、基阵波束轴方向偏离预定安装方向等问题，进而影响DVL测速性能，因此有必要对DVL的误差标校方法进行研究。

DVL需要标定与补偿的主要参数包括杆臂矢量、声学基阵安装偏角与测速比例因子。通过结构设计参数，可以提前对杆臂矢量进行补偿，所以在标定的过程中可以忽略杆臂矢量。DVL的测速精度主要受刻度因子误差和安装误差的影响，由于这两项误差参数难以直接测量，因此，需要通过参数辨识等数学手段进行误差的标定。

目前的标定方法多通过建立关于误差参数的目标函数，进而利用最小二乘、梯度下降法、高斯牛顿法等方法确定最优解的方法进行误差标定。然而，这些方法具有使用的局限性，比如当函数较为复杂时，使用梯度下降法计算量大，迭代速度慢；当函数是线性的时候，没有二阶导数，高斯牛顿法不收敛。且这些方法会存在线性方程组系数矩阵的非奇异和病态问题，使增量不稳定，从而影响DVL安装误差标定结果。

因此，亟待提供一种新的DVL安装误差的标定方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DVL安装误差标定方法、设备及系统，来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种一种DVL安装误差标定方法，包括：

步骤一，建立DVL的测速模型，

其中，V_b为载体真实速度；表示DVL实际测量速度；为DVL安装误差角方向余弦阵；

步骤二，令以李代数表达载体姿态，利用非线性最小二乘法根据式(1)建立目标函数：

其中，ξ表示李代数，i表示第i次量测，n为自然数；

步骤三，利用式(2)不断迭代得到极小值，以所述极小值对应的李代数标定所述安装误差角方向余弦阵。

优选的，步骤一之前还包括：

建立DVL测速模型为：

其中，K_d为DVL刻度因子误差矩阵；

通过预设方式得到K_d的值，令将式(3)变更为式(1)。

优选的，通过下述方式得到所述K_d的值：