[发明专利]一种用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到导航系统领域，特指一种主要适用于远程水下航行器惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)与多普勒测速仪(Doppler Velocity Log，DVL)组合导航中的DVL参数标定方法。

背景技术

由于远程水下航行器具有远航程的特点，单一的导航系统都无法满足需求。惯性导航具有自主、短时定位精度高的优势，但存在位置误差随时间累积的缺点；GNSS(Global Navigation Satellite System)导航定位精度高，定位误差不随时间累积，但存在抗干扰能力弱，且无法进行水下导航等不足。SINS/DVL组合导航则是利用DVL提供的高精度速度信息抑制SINS定位误差的累积，其具有自主性和定位精度高的优点，成为了远程水下潜航器导航技术研究的热点。

而DVL的参数(即：DVL刻度因子、DVL与INS基准之间安装角偏差)是影响自主导航精度的关键因素，因此在组合导航时必须对它们进行标定和补偿。目前，在水下INS/DVL组合导航中主要采用较高的加工工艺以保证DVL与INS基准之间的安装关系，或者采用全程使用GNSS方式事先标定DVL的参数。对于上述采用搞精度加工工艺的办法而言，其成本高，并且很难保证DVL与INS之间的安装精度，从而导致INS/DVL组合导航定位精度下降；而对上述全程使用GNSS信号来标定DVL参数的方式而言，则必须使水下航行器浮出水面接受GNSS信号，因此也存在操作复杂等缺点。

总而言之，现有远程水下航行器INS/DVL组合导航中的DVL参数标定方法均存在成本高、操作复杂等不足，难以满足远程水下潜航器高精度INS/DVL组合导航日益迫切的高精度要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种计算简单、精度高、操作简单的用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其可广泛应用于远程水下航行器组合导航中的DVL参数标定，从而提高INS/DVL组合导航系统的精度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于水下INS和DVL组合导航系统的DVL参数标定方法，其流程为：

(1)第一次GNSS校准：水下航行器完成初始对准后，进入SINS/DVL组合导航状态，浮出水面接收GNSS信号，进行第一次GNSS校准，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(x_I0，u_I0，z_I0)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(x_G0，y_G0，z_G0)，作为校准点1的信息；

(2)第二次GNSS校准：水下航行器匀速直航，并以INS/DVL组合导航状态工作，航行一段距离后水下航行器上浮开始接收GNSS信号，进行第二次校准，记录从第一个校准点开始到第二个校准点DVL天向投影速度的积分H_DVL，记录当GNSS位置第一次有效时且没有校准的组合导航位置(x_I1，y_I1，z_I1)和GNSS位置(x_G1，y_G1，z_G1)，作为校准点2的信息；

(3)计算DVL参数：根据校准点1和校准点2记录的GNSS位置信息和组合导航位置信息，计算DVL参数；即：DVL刻度因子K₀、DVL与INS的方位安装角偏差α₀和俯仰安装角偏差β₀，然后代入INS/DVL组合导航进行计算，并记录当GNSS最后一次位置有效时的组合导航的基于地心地固坐标系下的位置(x_I2，y_I2，z_I2)和GNSS的基于地心地固坐标系下的位置信息(x_G2，y_G2，z_G2)，作为校准点3的信息；