[发明专利]声学多普勒测速仪误差估计方法、装置及系统

说明书

本发明公开了一种声学多普勒测速仪误差估计方法、装置及系统，该方法包括：步骤一，根据所述载体的起点位置和终点位置获取所述载体在水平面上的真实位移S_H和航位推算位移步骤二，利用位移S_H和之间的比例关系确定DVL刻度因子误差δk_d以及DVL安装误差ψ。本发明仅利用载体的起点和终点位置信息即可进行DVL误差标定，摆脱了对GPS信息的依赖，有效减少了算法应用限制，扩大了算法适用范围；本发明通过简单的比值计算即可对DVL误差参数进行估计，算法复杂度小，运算效率高。

技术领域

本发明涉及水下定位与导航领域，特别涉及一种声学多普勒测速仪误差估计方法、装置及系统。

背景技术

多普勒测速仪(DopplerVelocity Log，DVL)测速精度高，且误差不随时间发散，因此被广泛应用于水下载体的导航领域。但由于DVL无法测量载体姿态信息，因此必须与姿态传感器，如惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)，联合建立组合导航系统。在姿态传感器精度较高，且正确标定的情况下，DVL测速误差是限制导航精度的主要因素。

DVL测速误差源主要有刻度因子误差和安装误差两类。常用的误差估计方案是将由DVL测量的速度信息与外部高精度的参考信息对比，建立DVL误差观测方程，然后利用卡尔曼滤波或者梯度下降优化法求解该方程，该方程的解即为DVL误差。此方法需全程接收定位信息，例如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)信息，对水下载体的隐蔽性产生巨大挑战，且对于水下履带车等无法浮出水面的载体而言也不能适用。

因此，亟待提供一种不依赖定位信息的DVL误差估计方法，能够提高载体隐蔽性，且能够应用于更加广泛的环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声学多普勒测速仪误差估计方法、装置及系统，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声学多普勒测速仪误差估计方法，应用于水中行驶的载体，所述载体上预配置由多普勒测速仪(DVL，Doppler Velocity Log)与姿态传感器建立的组合导航系统，所述方法包括：

步骤一，根据所述载体的起点位置和终点位置获取所述载体在水平面上的真实位移S_H和航位推算位移

步骤二，利用下式确定DVL刻度因子误差δk_d以及DVL安装误差ψ：

优选的，步骤一之前还包括：

建立典型工况下的组合导航系统测速误差模型；

对所述测速误差模型进行时间变量积分，获取DVL测速误差与组合导航系统递推位置误差之间的映射关系；

根据所述映射关系确定所述式(1)和(2)。

优选的，所述测速误差模型为：

其中，n代表导航坐标系，其三坐标轴分别指向东、北、天，代表所述组合导航系统测量的载体在所述导航坐标系下的速度；d代表DVL预设坐标系；δk_d代表DVL刻度因子误差；I为3维单位矩阵；φ代表所述载体姿态传感器测量载体姿态的误差，φ_U为φ的天向分量；θ和ψ分别为所述DVL预设坐标系下x轴和z轴的安装误差角；u＝[0 0 1]^T为单位向量；V_n代表载体在所述导航坐标系下的真实速度；v_dY代表所述载体在所述DVL预设坐标系下的真实速度的y轴分量。

优选的，所述映射关系为：