宽带多普勒计程仪速度解模糊方法研究

为了解决宽带多普勒计程仪在较高速度下存在的速度模糊问题,建立了宽带多普勒计程仪的回波模型,分析了回波的自相关特性。在不改变系统结构的基础上,提出了采用回波自相关的第1个峰值位置的方法确定速度范围,并与复协方差方法结合实现无模糊地估计速度,从而解决测速模糊问题,同时提出采用三点相关插值算法估计自相关峰的位置。最后采用湖试数据分析和数字仿真证明了这种解模糊方法的有效性。

多普勒计程仪速度参照系统的误差分析

文章分析了一种多普勒计程仪速度参照系统的误差源,该系统由差分卫星定位仪和平台罗经所组成。载体动力与航向控制不稳定、流速不稳定、流向不稳定、差分卫星定位仪的定位误差以及平台罗经的定向误差构成了测速参照系统的误差源。文章还给出了计算机仿真分析结果,从而可以了解速度参照系统的测速误差与主要误差源之间的依存关系。

多普勒计程仪水下速度标定方法的研究

目前常使用差分全球定位系统(DGPS)标定法对多普勒计程仪进行速度标定。但由于海况以及海面环境等外界的影响,航行器在水面航行很难达到标定条件的要求,标定精度难以保证。为提高标定精度,降低实验条件要求,文中研究了一种新型速度标定方法——水下速度标定。利用航行器在水下航行不受海况以及海面环境影响,结合DGPS获得航行器下潜前和起浮后的高精度位置信息,计算出航行器的真速度,来标定多普勒计程仪的速度。计算结果证明该方法可保障标定试验不再受外界因素的影响,缩短了标定时间、简化试验过程,大大提高了标定试验的效率和水下航行器的隐蔽性,并且航行器的航程越大,该方法标定精度越高。

相控阵多普勒计程仪声基阵输出信号模型

相控阵多普勒计程仪具有基阵体积小,无需进行声速补偿等优点。本文在讨论相控阵多普勒计程仪原理的基础上,推导了速度解算公式,验证出公式与声速无关,进而推导出声基阵的输出信号模型,利用此模型便可模拟相控阵的输出信号。

多普勒计程仪的数据平滑方法

多普勒计程仪输出数据中有局外数据,可能会导致组合导航系统中的卡尔曼滤波器发散。文章介绍了4种数据平滑方法:动窗平均、动窗加权平均、动窗中值滤波以及动窗稳健平均。仿真结果表明:动窗稳健平均的输出不会被多个局外数据所影响,并且其处理增益接近理论极限。

提高多普勒计程仪性能的矩阵算法

文中介绍了一种精确的矩阵算法,从而使多普勒计程仪的性能有很大程度的提高。借助于高精度频率测量、载体姿态的实时输入、最小二乘方估计以及矩阵算法,从而使载体速度矢量3个分量的测量精度优于0.1%。借助于高精度时延测量、最小二乘方估计以及矩阵算法,使载体下方的局部海底参数得以建立,从而使载体高度的测量精度有望优于1%,并且能获得助航海底姿态。

基于两个点集间参数估计的DVL标定方法

[目的]为了提高无人艇(USV)捷联惯性导航(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航的精度,需要对DVL误差进行精确标定。[方法]首先,对DVL的安装误差角、杆臂、比例因子进行误差建模,着重分析舰船中杆臂误差项对组合导航定位产生的影响;然后,提出一种基于两个点集间参数估计的DVL误差标定方法,即将SINS/GNSS导航参数与DVL输出参数视为两个点集,将标定问题转换为两个点集间差值的估计问题,再利用卡尔曼滤波器对两个点集间的误差参数进行估计;最后,利用基于奇异值分解(SVD)的可观测性分析,对不同运动条件下滤波器的可观测性定量分析,给出标定过程中载体的运动策略。[结果]数学仿真和海试试验结果表明,标定后的SINS/DVL算法全局相对精度可达到0.122%航程;在角机动时,杆臂会导致SINS/DVL定位突变;补偿杆臂后的定位误差更加平滑,且整体上具有更小的定位误差。[结论]所提方法可为包括杆臂在内的各项DVL误差标定提供可行的途径。

基于改进Sage-Husa自适应滤波算法的SINS/DVL组合导航

捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航时需考虑量测数据异常问题。针对该问题,设计一种基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波。此滤波旨在解决自适应滤波估计量测噪声参数性能对渐消因子依赖性强的问题,提升DVL量测信息异常情况下的导航精度。实验结果表明,基于渐消因子动态调整的改进Sage-Husa自适应滤波,在DVL数据异常的复杂环境中仍可具有较好的信息处理能力,导航性能提高显著,实现高精度的组合导航,具有一定的研究与参考价值。

水下SINS/DVL组合导航技术综述

基于捷联惯性导航系统(SINS)与多普勒计程仪(DVL)相结合的组合导航技术近年来在自主水下航行器(AUV)导航上得到了广泛应用。文中简要介绍了水下SINS/DVL组合导航的基本原理、耦合方式和系统应用研究现状;详细论述了数据融合处理技术、标定技术和DVL数据失效处理技术等3个关键技术及其研究现状;最后,探讨了水下SINS/DVL组合导航技术的发展趋势及其将要面临的技术问题。文中的研究可为水下高精度组合导航研究提供参考。

基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航标定方法的研究及其误差分析

为了进一步提高自主水下航行器(AUV)捷联惯导(SINS)与多普勒计程仪(DVL)组合导航定位精度,需要准确标定出SINS与DVL之间的安装误差角以及DVL的刻度系数。论文系统的介绍了组合导航系统的标定方法和流程,最后分析了组合导航系统的误差来源。

基于SUKF滤波的INS/DVL组合导航研究

惯性导航系统(INS)长时间自主工作存在误差积累,采用INS与多普勒速度计程仪(DVL)组合的方案导航。针对组合导航系统状态维数较高,采用算法实现和估计精度优于传统扩展卡尔曼滤波的尺度变换模式的UKF(SUKF)方法。仿真结果表明,采用SUKF滤波方法实现INS/DVL组合导航是可行的。

舰船速度信息的不确定度评估

对测量不确定度概念做出简要介绍,并将此概念用于舰船速度信息的可信度评估中。在考虑某一不确定度因素影响的条件下,推算出了舰船速度信息的扩展不确定度评估结果。

74000吨散货船多普勒计程仪的基本原理及调试

多普勒计程仪是根据声波在水中的多普勒效应原理制造的一种精密测速和计算航程的仪器，一般的测速误差仅有0．2～0．3％，比其它的计程仪(水压式／电磁式)的精度提高2～5倍。多普勒计程仪不仅精度高，而且还能测定船舶在浅水和低速时的航速，最浅水深可达0．3～0．5m，水深大于数百米时，可测量相对于某一水层的航速，可测的最低航速为0．01kn(0．005m／s)，不仅可测量纵向速度，而且还可以提供横向速度。

基于“速度+角速度”匹配的DVL/INS组合传递对准优化算法设计

针对全球导航定位系统(GNSS)多径效应明显、信号易受干扰等因素导致的主惯导参考速度信息可靠性差的问题,采用多普勒计程仪(DVL)辅助大型舰载试验平台上搭载的主惯性导航系统进行传递对准。考虑到大海域试验海况复杂,采用"速度+角速度"匹配方式、动态挠曲杆臂模型和DVL地理系系统误差模型构建系统方程。仿真结果表明,DVL辅助对准的结果明显优于没有设备辅助的对准结果,速度快且平稳性好。因此,在大型舰载平台实际试验过程中,DVL是实现平台传递对准技术的理想的外界辅助设备。

八波束相控阵换能器的研制

声学多普勒计程仪(Doppler velocity log,DVL)是一种能为水面或水下载体提供定位和导航信息的重要设备。传统的DVL通常采用Janus配置方式,向海底发射沿载体前后左右方向的4个波束,并利用多普勒频移来计算载体的速度。而对于传统相控阵DVL,阵元布阵间距通常为二分之一波长,同一方向两波束间夹角为60°。该研究在传统相控阵DVL的基础上,提出一种八波束的相控阵DVL,在两个互相垂直的方向上,各形成4个波束,即双Janus配置方式。根据仿真对比分析,确定阵元布阵间距为0.35倍波长,同一方向上4个波束所对应的角度分别是±43.56°和±20.16°,这样,在两个互相垂直的方向上,4个与水平面方向夹角较小的波束,可以提供更大的水平分量,更有利于进行多普勒频移的计算;4个与水平面方向夹角较大的波束,有着更大的垂直分量,使接收的回波信号有较大的信号强度,两种波束优势互补。同时,制作了一个八波束换能器,并进行了水池测试,指向性波束夹角分别为±43.49°和±20.10°,与仿真结果较好吻合,对应发送电压响应分别为170.2 dB和170.6 dB。

改进的格网惯导系统无阻尼综合校正方法

综合校正技术可作为抑制格网惯导系统(INS)导航误差的有效手段。加速度计零偏所造成的水平姿态误差是导致综合校正中陀螺漂移估计精度受限的重要因素。针对这一问题,提出了一种改进的无阻尼综合校正方法。首先,推导了格网坐标系框架下估计加速度计零偏和姿态的目标函数;其次,介绍了无阻尼条件下综合校正的两个核心方程;最后设计了无阻尼两点校策略。综合校正前,在多普勒计程仪(DVL)提供的速度辅助下完成加速度计零偏的估计和补偿,以此消除加速度计零偏所造成的水平姿态误差对综合校正中陀螺漂移估计精度的影响。在两次间断的外部位置和航向辅助下通过所设计的综合校正策略完成对陀螺漂移的估计。校正策略中所涉及的水平姿态误差在DVL辅助下由参数估计方法估计得到。仿真及实验结果表明:与现有的研究相比,所设计的综合校正方案进一步减少了DVL的辅助时间,同时由于准确地估计和补偿了加速度计零偏,陀螺漂移的估计精度显著提高,该方案在抑制导航误差方面具备更明显的优势。