[发明专利]多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下无人自主航行器导航技术领域，具体涉及一种多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法。

背景技术

AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主式水下航行器) 是一种可以自主地完成水下探测、攻击、运载、打捞等多种特定作业任务的水下航器，要求其在水下具有长期自主的定位导航和返航能力，并具有隐蔽性。为了保证其顺利解决水下作业，对AUV提出了更高的导航精度要求。水下无人自主航行器导航误差大小直接影响其导航精度，以往以航位推算为导航算法的水下无人自主航行器主要通过单方面更换更高精度的磁罗盘和速度传感器；或者单方面更换复杂的导航滤波算法、改进导航计算模型，或者单方面对磁罗盘航向信息进行滤波来完成导航误差修正。

随着水下无人自主航行器的发展，更换更高精度的姿态及速度传感器的方法难以满足人们对成本控制的要求；更换复杂的导航滤波算法很难有效的提高导航精度，在可靠性及适用性大打折扣；单方面对磁罗盘航向信息进行滤波不能从根本上解决航向信息失真的问题。

因此导航误差修正需要从传感器信息根源着手，形成一套完整的修正方法，同时应考虑修正方法的可靠性、易用性及修正效果，才能最终达到有效提高导航精度的目的。

发明内容

因此，为了克服现有技术中的上述缺陷，从而提供一种多普勒测速仪速度修正方法及水下自主航行器导航误差修正方法。

为此，本发明实施例的一种多普勒测速仪速度修正方法，包括以下步骤：

获取多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度；

根据所述前向速度和侧向速度计算多普勒测速仪安装误差角和速度系数；

结合所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算，获得修正后的前向速度和侧向速度。

优选地，所述多普勒测速仪安装误差角和速度系数的计算公式为：

其中，k为速度系数，δ为安装误差角，

ΔJ、ΔW分别为当前时刻与上一时刻经纬度差值，θ为当前时刻航向， Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ₁、ρ₂分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。

优选地，所述对多普勒测速仪输出的前向速度和侧向速度进行修正计算的公式为：

其中，Vx、Vz分别为修正后的前向速度和侧向速度，Vx'、Vz'分别为多普勒测速仪输出的前向速度与侧向速度。

优选地，还包括以下步骤：

对修正后的前向速度和侧向速度进行滤波平滑处理，获得滤波平滑处理后的前向速度和侧向速度。

优选地，所述滤波平滑处理的计算公式为：

其中，Vx_(i+1)、Vz_(i+1)分别为下一时刻的前向速度和侧向速度，Vx_i、Vz_i、 Vx_i+1、Vz_i+1分别为当前时刻修正后的前向速度和侧向速度、下一时刻修正后的前向速度和侧向速度；α、β为速度信息滤波系数，α+β＝1。

本发明实施例的一种水下自主航行器导航误差修正方法，包括以下步骤：

采用上述的多普勒测速仪速度修正方法，获得修正后的前向速度与侧向速度；

将所述修正后的前向速度与侧向速度引入航位推算，获得经纬度值。

优选地，所述航位推算的计算公式为：

其中，

J_n、W_n分别为当前时刻的经纬度值，J₀、W₀为初始点的经纬度值，θ为航向，Vx、Vz分别为修正后的前向速度与侧向速度，V_E、V_N分别为水下无人自主航行器的在地球坐标系中的东向速度和北向速度，Δt为航位推算的单位周期，ρ₁、ρ₂分别为当前时刻子午椭圆和纬线圈曲率。

本发明实施例的一种水下自主航行器导航误差修正方法，包括以下步骤：

获取磁罗盘提供的航向；

根据所述磁罗盘提供的航向计算出误差；

将所述误差反馈给所述磁罗盘提供的航向，对磁罗盘提供的航向进行修正，获得修正后的航向；