[发明专利]一体化高精度水下惯导与多普勒测速仪组合导航系统

说明书

本发明提供一种一体化高精度水下惯导与多普勒测速仪组合导航系统，包含：壳体，固定安装在航行器上，其具有两端封闭的筒形结构，壳体内部固定安装有DVL和SINS；信号处理电路，其固定设置在壳体内部并信号连接DVL和SINS，信号处理电路通过内置的导航算法，基于DVL测量的速度值、SINS测量的加速度值和角速度值，计算得到航行器在导航坐标系下的速度值、位置、姿态信息并发送给外部设备，信号处理电路基于外部设备发送的控制指令调整工作状态，比如开始或停止工作；至少一个信号接口，设置在壳体上，用于实现信号处理电路与外部设备之间的数据传输。通过本发明的组合导航系统只需一次标定DVL与SINS之间的安装偏角。

技术领域

本发明涉及组合导航系统领域，特别涉及一种一体化高精度水下惯导与多普勒测速仪组合导航系统。

背景技术

随着人类对海洋资源探索的需求越来越大，水下航行器是海洋探索的重要手段，水下导航是水下航行的关键。水下导航是水下航行器的关键技术。而捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation system简称SINS)和多普勒测速仪(Dopp lervelocity log简称DVL)组合方式的导航系统是国内外水下航行器的发展中应用较为成熟的。

一般的，水下航行器将SINS坐标系作为载体坐标系，通过捷联惯导解算，得到载体坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵。DVL与SINS进行组合导航之前，则首先需要将DVL相对于SINS坐标系的安装偏角(即DVL坐标系到SINS坐标系的坐标转换矩阵)标定出来，这样才能将DVL测量的速度投影到载体坐标系中，从而与SINS进行组合导航。另外，DVL测得的速度与真实速度存在一定的倍数关系(不考虑测量噪声)，即DVL速度标定因子。DVL安装偏角与标度因子的标定一般是航行器在水面上或者水下进行一定轨迹的航行，同时测量SINS和DVL数据，并在GNSS测量的辅助下，经过一定的算法计算出来。

DVL安装偏角与标度因子的标定方案已较为成熟。但对于分体式SINS/DVL组合导航系统而言，即SINS与DVL安装在航行器的不同的两个地方，由于航行器形变，DVL相对SINS的安装偏角容易发生变化，从而导致组合导航精度下降，因此需要经常对该安装偏角进行标定，这对实际使用带来不便。

发明内容

本发明的目的是提供一体化高精度水下惯导与多普勒测速仪组合导航系统，通过将SINS与DVL进行一体化设计，使得DVL相对于SINS的安装偏角不会随着航行器的形变发生变化。通过本发明只需要对DVL与SINS进行一次标定，保证了采集的导航数据的准确性。

为了达到上述目的，本发明提供一种一体化高精度水下惯导与多普勒测速仪组合导航系统，包含：

壳体，固定安装在航行器上；所述壳体具有两端封闭的筒形结构，壳体内部固定安装有多普勒测速仪和捷联惯导系统；

信号处理电路，其固定设置在壳体内部并信号连接多普勒测速仪和捷联惯导系统；所述信号处理电路通过内置的导航算法，基于多普勒测速仪测量的速度值、捷联惯导系统测量的加速度值和角速度值，计算得到航行器在导航坐标系下的速度值、位置、姿态信息并发送给外部设备；信号处理电路基于外部设备发送的控制指令开始或停止工作；

至少一个信号接口，设置在壳体上，用于实现信号处理电路与外部设备之间的数据传输。

可选的，壳体内部还设有与外部电源电性连接的电源电路；通过所述电源电路为多普勒测速仪和捷联惯导系统提供工作电能。

可选的，所述壳体包含顶盖、上部壳体和下部壳体；所述上部壳体具有两端开口的筒形结构；所述顶盖固定设置在上部壳体第一端的端面，所述信号接口设置在顶盖上；所述下部壳体具有一端封闭的筒形结构，其与上部壳体同中心轴；下部壳体开口端固定连接上部壳体第二端；所述捷联惯导系统、多普勒测速仪分别固定设置在上部壳体、下部壳体内部。