一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115931007A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202310033868.0(22)申请日2023.01.10(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区四牌楼2号(72)发明人刘锡祥虞贺斌黄永江陈瑾杰赵炳权(74)专利代理机构南京众联专利代理有限公司32206专利代理师蒋昱(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)G01C21/16(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法(57)摘要一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法，方法包括以下步骤：(1)构建包含安装误差角在内的SINS/DVL组合导航运动模型；(2)设计安装误差角参数寻优目标函数；(3)设计SINS/DVL安装误差角最优化估计算法。本发明提供一种仅依靠SINS和DVL输出数据而进行的安装角度误差实时在线标定算法，在无GNSS信号的复杂水下环境中，有效地估计SINS/DVL之间的安装误差，提高SINS/DVL的组合导航的导航性能。CN115931007ACN115931007A权利要求书1/2页1.一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法，包括以下步骤，其特征在于：(1)构建包含安装误差角在内的SINS/DVL组合导航运动模型；步骤(1)中所述的包含安装误差角在内的SINS/DVL组合导航运动模型；为：上式由比力方程得到，式中具体参数含义如下：η表示DVL坐标系到SINS坐标系的安装角误差，fb表示在b系下加速度计测量的比力信息，表示在b系下从t时刻到0时刻的姿态矩阵，表示在n系下从t时刻到0时刻的姿态矩阵，表示从n系到b系的姿态矩阵，DVL坐标系的速度是表示地球坐标系相对惯性坐标系的自转角速度在载体坐标系中的矢量,表示在载体坐标系下陀螺仪测量的载体角速度,gn表示重力矢量信息，只有和η未知，所有其他分量都直接获取或者间接计算得到，经过积分移项，整理得：上式中对应符号的定义为：进一步等间隔选取数据，简写为：通过四元数与姿态矩阵的变换关系，然后利用四元数的乘法运算性质，得到：(2)设计了安装误差角参数寻优目标函数；步骤(2)中所述的构建的安装误差角参数寻优目标函数为T式中参数如下，x＝[qη]理论上当q与η取真值时Γ＝04×1，同时L趋近于0，此时q与η的求解问题可转化为参数寻优问题；(3)设计了SINS/DVL安装误差角最优化估计算法；步骤(3)中所述的SINS/DVL安装误差角最优化估计算法是指利用优化对准的算法去求解步骤(2)中的参数寻优问题。2CN115931007A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法，其特征在于：步骤(3)中所述的基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法具体流程为：对于当前时间tM：第一步:计算出αM，βM和γM值，然后根据和使用它们tM‑τ时刻值来计算α，β和γ；第二步：设置k＝0，并从一个较好的估计值(xk,uk)开始第三步：计算一阶和二阶偏导数▽xL(xk,uk)，第四步：求解增量(Δx,Δu)；第五步：更新(xk,uk)；第六步：设置k＝k+1，转到第三步，直到达到收敛精度或达到最大迭代次数；第七步：得到了初始姿态四元数q和安装角误差η；第八步：利用初始姿态矩阵，计算当前时刻的姿态矩阵。3CN115931007A说明书1/9页一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法技术领域[0001]本发明属于导航技术领域，特别涉及一种基于优化对准的SINS/DVL安装误差角标校方法。背景技术[0002]自主式水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)是一种用于水下监测和探测的自主式航行平台，广泛应用于军事和民用导航领域。SINS是基于牛顿惯性定律的自主导航系统，其在水下导航领域得到了广泛的应用。由于SINS的常值和随机漂移是不可避免的，并且它们随时间的推移而累积，因此需要其他传感器来辅助SINS实现高精度的水下导航。多普勒速度计程仪(DVL)可以提供不随时间累积误差的底跟踪和水跟踪模式下的载体速度。在GNSS信号覆盖不到水下环境中，DVL是能提供有效辅助信息的传感器。在工程应用中，安装角误差是影响SINS/DVL组合导航系统精度的主要因素。针对水下导航过程中安装角误差的估计，现有技术受限于需要第三方传感器提供精确的速度和位置信息，或者需要载体特定的运动轨迹和复杂的运动激励，否则无法实现水下导航过程中的标定。[0003]现有技术如下：[0004]申请号：CN201910447543.0，申请名称：一种基于姿态确定的USBL安装