[发明专利]一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法

说明书

本发明公开了一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法，步骤为：1、建立安装角误差以及杆臂误差的状态模型；2、结合RTK、姿态测量传感器的数据，以及超短基线的输出原始数据，建立系统的观测模型；3、通过状态模型与观测模型，对船体在水面的航行轨迹下进行误差状态的可观性分析，确保当前运动轨迹能够充分激励出误差状态；4、用卡尔曼滤波方程对误差进行实时的在线估计安装误差；5、将得到的在线估计结果用来补偿超短基线对水下潜航器的定位误差，提高超短基线定位精度。本发明的有益效果为：基于滤波的方法可以同时在线的估计出USBL与船体之间的安装误差，方法易于实施。

技术领域

本发明属于导航技术领域，特别涉及一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法。

背景技术

水下定位技术在海洋资源开发，海底光缆铺设等方面有着广泛的需求。水下定位精度的提高是一切海下开发活动以及海下科研工作展开的根本保障。由于水下特殊的环境，基于水声的定位技术是水下导航的主要方式之一。按照基线长短，又可以分为长基线水下定位系统(LBL,Long Base Line)，短基线水下定位系统(SBL,Short Base Line)和超短基线水下定位系统(USBL,Ultra Short Base Line)。在这三种声学系统中，USBL由于其部署方便和成本低等优点，被广泛应用于海洋领域的开发，尽管它的定位精度是这其中最低的一个。

USBL系统利用安装在船体的信号收发器以及位于海底的应答器进行定位。影响USBL系统定位精度的因素有很多，包括系统测量误差，海洋环境影响以及USBL与船体其他传感器的安装误差等。在长航时，高精度的导航中，安装误差不容忽略。通常USBL在安装时，可以通过光学仪器精确的测出它与船体之间的安装角以及杆臂误差。然而当其中一个传感器需要维护或修理时，安装位置会发生改变，因此，每一次传感器的变动都需要进行一次安装误差的标定。有效并且容易实施的标定方法对于航海中的导航至关重要。

现有的USBL安装误差海上标定需要载体执行一系列复杂的航行轨迹，而载体在海上由于环境原因无法理想的按预定轨迹航行。因此一种简便且高效的超短基线安装误差标定是提高水下定位精度的关键。

发明内容

发明目的：针对上述问题缺陷，本发明提供一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法，根据船体安装的RTK以及姿态测量传感器测出的船体位置信息以及姿态信息，结合超短基线输出的斜距以及方位角信息作为观测数据，实时估计出超短基线相对于船体的安装误差。

技术方案：本发明提出一种基于滤波的超短基线安装误差在线标定方法，包括如下步骤：

步骤1：建立安装角误差以及杆臂误差的状态模型；

步骤2：结合RTK、姿态测量传感器的数据，以及超短基线的输出原始数据，建立系统的观测模型；

步骤3：通过步骤(1)中建立的状态模型与步骤(2)中建立的观测模型，对船体在水面的航行轨迹下进行误差状态的可观性分析，确保当前运动轨迹能够充分激励出误差状态；

步骤4：用卡尔曼滤波方程对误差进行实时的在线估计安装误差；

步骤5：将得到的在线估计结果用来补偿超短基线对水下潜航器的定位误差，提高超短基线定位精度。

所述步骤1中建立安装角误差以及杆臂误差的状态模型具体为：

选取安装角误差以及杆臂误差为系统的状态量，

X_usbl＝[δθ_x δθ_y δθ_z δL_x δL_y δL_z]