[发明专利]一种捷联惯导系统中确定多普勒计程仪测速误差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及捷联惯导系统的导航解算技术领域，具体是一种基于捷联惯导系统双解算程序的多普勒计程仪(DVL)测速误差的确定方法。

背景技术

捷联惯导系统SINS是一种能够连续输出载体速度、位置和姿态信息的全自主导航系统，它将惯性组件（陀螺仪和加速度计）直接安固连在载体上，通过测量载体运动的线速度和角速度信息，经导航解算后得到导航信息。由于其具有隐蔽性好、不受天气气候条件限制、体积小、重量轻、成本低、易维护等优点，被广泛应用于航空、航天、航海等领域。但是，根据SINS基本原理可知，由于惯性组件输出误差、初始对准失准角等干扰因素导致系统各导航误差振荡、发散是制约捷联惯导系统适用性的重要因素之一。

为了抑制导航误差，各种导航技术穿插在导航解算中：例如，为了消除舒勒、地球周期振荡误差，系统解算过程中引入阻尼技术，该技术作为一种修正方法，通过系统自身解算速度与多普勒计程仪（DVL）测速做差得到速度误差，再经过阻尼网络后消除振荡误差，以此提高惯导系统的长时间导航能力；例如，动基座对准技术，该技术通过载体航行过程中，以系统解算速度与DVL测速做差作为Kalman滤波的观测量，将估算失准角补偿后提高捷联矩阵精度，进而降低失准角对导航影响。以上提及各项导航技术的共同点是都采用了DVL提供的速度信息作为速度基准。但在实际工程应用中，DVL提供速度不会绝对准确，必然存在误差，导致DVL速度误差被引入到导航解算中，最终影响系统导航精度。如何有效的估算DVL测速误差是增强各类导航技术适用性、提高导航精度是一项非常重要的课题。

传统的导航解算方法有罗经法解算和惯导法解算：基于罗经原理的罗经法导航解算是利用惯性器件测量值解算载体姿态信息，不进行速度和位置计算。因此，在载体航行过程中，需要DVL提供速度信息以更新罗经参数。该解算方法中，DVL测速误差对解算姿态影响等效于陀螺漂移，影响其稳态误差；不同于罗经法解算，惯导法导航解算速度、位置信息，因此惯导法解算姿态的稳态误差中不包含DVL测速误差影响。

《中国惯性技术学报》1999年第7卷第2期中由黄一河等人撰写的《周期性阻尼信号对外全阻尼惯导系统位置误差影响研究（海流修正）》，该文章研究了外全阻尼惯导系统的阻尼理论问题，即外测速度包含周期性误差对惯导系统误差影响的规律、特点；《大连海运学报》1985年第11卷第4期中由任茂东撰写的《多普勒计程仪某些误差的分析》，该文章利用数学解析法分析了双波束多普勒计程仪的某些误差，即声速误差、信号起伏误差、换能器安装误差以及波束发射角变化引起的误差等。《现代雷达》1999年第16卷第4期由孙元鸿撰写的《适应消除多普勒导航测速误差》，该文章主要研究海上多普勒导航测速回波频谱偏移畸变的特征参数、非参量实时处理频谱畸变和恢复高斯谱的原理，以及信号起伏和信噪比对修正的影响及实时处理的准则。以上文献都分析了DVL误差的影响，说明确定DVL误差具有必要性，但现有技术都没有给出如何估算DVL测速误差的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种当载体处于航行状态下，基于捷联惯导系统双解算程序的DVL测速误差估算方法。为了得到DVL测速误差，本发明利用一组惯性组件测量值同时进行两种解算方法解算，将两组解算姿态进一步计算估算DVL测速误差，具体本发明提供的一种捷联惯导系统中确定多普勒计程仪测速误差的方法，包括如下步骤：

步骤1：利用全球定位GPS系统提供载体位置信息，并装订至导航计算机中。

步骤2：光纤陀螺捷联惯导系统进行预热后，采集光纤陀螺仪和石英加速度计输出的数据；根据加速度计输出与重力加速度的关系，以及陀螺仪输出与地球自转角速度的关系，确定载体姿态角，完成系统初始对准，建立惯导系统初始捷联矩阵