[发明专利]一种SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法

说明书

本发明涉及一种SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、构建SINS/USBL一体化定位系统结构；步骤2、利用三坐标测量仪对步骤1构建的SINS/USBL一体化定位系统结构的4个球形换能器与SINS坐标系进行标定；步骤3、计算非正交的基阵坐标系X_aY_aZ_a与正交的SINS坐标系X_bY_bZ_b之间的安装误差角的标定结果；步骤4、对步骤3计算得出的非正交的基阵坐标系安装误差角的标定结果进行补偿，计算得出应答器在地理坐标系中的坐标。本发明提高了标定精度且节约了产品的交付及使用成本，方便用户使用。

技术领域

本发明属于惯性导航与水声定位技术领域，涉及SINS/USBL一体化定位系统，尤其是一种SINS(捷联惯性导航系统)/USBL(超短基线)一体化定位系统安装误差标定的机械方法。

背景技术

USBL系统一般安装在船体上，工作时需要实时提供船体的航向角、横摇角和纵摇角以及USBL基阵的绝对位置信息，这些数据通常来自于罗经以及卫星导航接收机。USBL在船上安装完初次使用前，需要对USBL与罗经设备间安装误差角进行精确的测量和补偿，一般通过安装USBL设备的水面船在海上使用统计学标定方法实现。标定前先在海底投放水声应答器(或信标)作为位置基准，投放完成后水面船绕位置基准做规定航迹航行(如图1所示)，USBL实时对水声应答器进行测距及相对定位，同时接收GNSS的定位信息，绕行一圈为一个标定航次。每个航次标定完成后使用最小二乘距离交汇法估计应答器的位置。应答器位置估计完成后，根据已知的应答器位置和GNSS测得的USBL基阵位置以及基阵对应答器的定位信息估计三个安装误差角完成标定。传统标定过程，需要先在海底布设信标或应答器，安装USBL定位系统(包括配套的航姿设备及GNSS设备)的水面船绕信标或应答器执行一定的航路，标定过程费时费力，经济成本高。这样的标定方法耗费时间长，经济成本较高，用户使用不方便，而且如果USBL设备和航姿设备更换或者重新安装，就要重新进行标定程序。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、标定精度高且用户成本低的SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种SINS/USBL一体化定位系统安装误差标定的机械方法，包括以下步骤：

步骤1、构建SINS/USBL一体化定位系统结构，将基阵坐标系内两两相对的4个球形换能器的几何中心与SINS坐标系映射至实体结构之中，用于测量SINS坐标系与实际USBL基阵坐标系之间的失准角；

步骤2、利用三坐标测量仪对步骤1构建的SINS/USBL一体化定位系统结构的4个球形换能器与SINS坐标系进行标定；

步骤3、计算非正交的基阵坐标系X_aY_aZa与正交的SINS坐标系X_bY_bZ_b之间的安装误差角的标定结果；

步骤4、对步骤3计算得出的非正交的基阵坐标系安装误差角的标定结果进行补偿，计算得出应答器在地理坐标系中的坐标；

而且，所述步骤1的SINS/USBL一体化定位系统基阵结构为：基阵结构底部安装有4个球形换能器，该4个球形换能器两两对称设置，该两两对称设置的球形换能器的球心中心连线AC与BD构成了基阵坐标系两个水平轴；该4个球形换能器使用螺母固定安装在圆环结构上并保持相互间尺寸的稳定性，该圆环结构通过4根钛合金的连杆与SINS的水平基准面固装在一起，该SINS水平基准面上方安装有两个圆柱形限位销E,F，其内侧靠面构成了SINS方位基准面，该SINS方位基准面与SINS水平基准面相垂直，方位基准面的法线方向代表了SINS的航向基准。