[发明专利]一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法

说明书

本发明涉及一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法，属于水下航行器领域。针对AUV推位导航系统中因多普勒测速声纳(DVL,Doppler Velocity Log)未与航姿参考系统(AHRS,Attitude and Heading Reference System)一起安装在AUV质心而产生的杆臂误差进行标校，构建了适用于卡尔曼滤波算法的误差标校模型，提出采用简单易行的回旋运动方式辨识杆臂长度。无需AHRS提供垂荡信息，降低了对惯性基导航设备的要求，方案普适性好，适用于解决各种类型的AUV的杆臂长度辨识问题，通过对AUV推位导航系统中的杆臂误差的补偿，可有效提高AUV推位导航系统的定位精度；同时方案可直接求取，不要求DVL、AHRS与质心(或浮心)位于同一直线上，即无论AUV的质心(浮心)在什么位置，都可以直接得到相应的杆臂长度，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种AUV(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)推位导航系统杆臂误差标校方法，属于水下航行器领域。

背景技术

由DVL、AHRS构成的水下推位导航系统是AUV即水下航行器常用的自主水下导航方法，理论上DVL应当安装于AUV的旋转中心上，但受AUV空间约束，DVL的位置距离AUV的旋转中心通常较远，存在杆臂误差，极大地影响了推位导航系统的定位精度。

本发明设计一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法，通过对推位导航系统杆臂误差的补偿，提高AUV推位导航系统的定位精度。

公开日为2009年11月，名称为“臂杆效应补偿中H∞滤波器的应用与设计”的论文，在杆臂长度存在挠曲变形时，采用H∞滤波提高传递对准的精度。但该方法需要高精度惯导系统辅助，而AUV普遍采用低成本商用惯性单元，且AUV艇体长度较短，其挠度变形对杆臂误差估计的影响极小。

公开日2019年2月，名称为“载体行进间对准杆臂误差补偿算法”的论文，采用力学方程的方法对杆臂长度进行测量，与系统的误差模型相结合，构建卡尔曼状态量测方程，通过5阶CKF算法，实现了惯导系统的杆臂误差辨识。但该方法不但计算量相对较大，而且对惯性元件精度要求较高，不适用于基于低成本商用惯性单元的AUV推位导航系统的臂杆误差在线辨识。

发明内容

本发明的目的是为了解决AUV推位导航系统中存在的杆臂误差标校问题而提供一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法，构建适用于卡尔曼滤波算法的误差标校模型，有效辨识水下推位导航系统中DVL安装位置同AUV旋转中心点间的杆臂误差，提高水下推位导航系统的定位精度。

本发明的目的是这样实现的，一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法，具体包括以下步骤：

步骤1、确定AUV的运动方式为回转运动；

步骤2、根据AUV回旋运动的特点，对AUV回转运动的系统进行分析，构建适用于卡尔曼滤波算法的杆臂误差模型；

步骤3、确定系统状态量、观测量，构建状态方程和观测方程，根据卡尔曼滤波对AUV的杆臂长度进行最优估计；

步骤4、根据AUV杆臂长度的最优估计，标校由杆臂效应引起的推位导航系统定位误差。

本发明还包括这样一些结构特征：

一种AUV推位导航系统杆臂误差标校方法，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、AUV上DVL位于艏部，AUV载体系b的原点o_b与AUV质心重合，x_b轴指向艇艏方向，y_b轴垂直于x_b轴，指向右舷方向，z_b轴垂直于x_b-y_b平面，满足右手定则向下，R_CA为载体系下DVL安装点距质心距离，杆臂长度矢量为存在杆臂误差；