[发明专利]自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）导航仪器校准技术，属于海洋工程领域。

背景技术

自主水下航行器是无缆连接的水下无人自主航行器平台，在装载合适的声纳、水文、化学等传感器后可应用于水下环境监测、近海石油工程作业、水下搜索与测绘等领域。它具有控制灵活、航行面积广阔、价格低廉等特点，是近年来海洋工程领域研究的热点之一。

水下导航技术是实现水下航行器自主航行的关键，但是不同于传统导航系统，水下导航技术具有海洋环境复杂、可获取的外界信息少、系统功耗/体积制约等特点，具有极大的挑战性。常用的水下导航传感器有多普勒计程仪（Doppler Velocity Log，DVL）、电子罗盘、惯性导航系统、深度传感器等，DVL利用安装在AUV载体上的声学换能器阵发射声波，利用多普勒原理测量AUV对于水底或者水层/水面的相对速度，具有精度高的特点，是水下航行器导航系统的关键设备。

DVL测得的速度信息是相对于自身定义的仪器坐标系下的速度，在使用DVL测量的速度进行导航时，必须要经过坐标转换，将其转换到导航坐标系下，这一过程通常需利用姿态传感器测得的载体姿态信息。若DVL仪器坐标系与载体坐标系不存在安装偏角，则坐标转换过程不会导致测量速度的偏差。然而实际工程应用中，DVL安装误差通常难以避免，其安装偏角会导致速度转换误差，进而直接影响系统整体的导航精度，且随着航行时间的增加会产生累计误差，因此有必要对DVL的安装误差进行校正，以提高AUV自主导航精度。现有的安装误差校正方法中平均速度校正法应用比较广泛，但是该方法忽略了横滚和纵倾安装偏角的影响，同时要求校正过程中，载体航行姿态保持不变并进行长距离直线航行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法。

自主水下航行器多普勒计程仪安装误差的校正方法，步骤如下：

1）数据采集：利用全球定位系统获取AUV在水面时的东北向位置信息，深度计获取AUV的深度信息，利用DVL采集AUV的速度信息，利用姿态传感器获取姿态信息；

2）滤波估计：根据带误差校正的DVL航位推算模型，取AUV三维位置信息及DVL三维安装偏角为系统状态向量，DVL测得速度信息及姿态传感器测得姿态信息为系统输入向量，取AUV三维位置信息为测量向量，建立离散时间系统状态方程和测量方程；采用改进的平方根容积卡尔曼滤波进行滤波估计，得到DVL安装偏角的估计值；

3）误差校正：根据安装偏角的估计值得到DVL安装误差校正矩阵，用于AUV导航系统校准，提高AUV导航精度。

步骤2）中，所述的带误差校正的DVL航位推算模型推导如下：

根据载体坐标系与DVL仪器坐标系的转换关系，存在安装偏差时，DVL测量速度的校正公式可表示为：

vb=Rdb(Π)·vd---(1)]]>

其中，为DVL测量得到的三维速度，为载体速度，为安装误差校正矩阵，即DVL仪器坐标系向载体坐标系转换的旋转矩阵，Π=[αβγ]^T为仪器坐标系相对于载体坐标系的横滚、纵倾和航偏三维偏角，当DVL和姿态传感器安装固定后，三维偏角为固定值，安装误差校正矩阵为：