基于协方差变换的INS/DVL全球组合导航算法

横坐标系下设计的惯性/多普勒测速仪(INS/DVL)组合导航滤波器可以满足无人潜航器(AUV)极区导航的需要,但在AUV进入、离开极区时导航坐标系的切换会引起滤波器结构变化,使系统的误差状态参数估计值产生震荡,影响导航精度。针对此问题,提出了基于协方差变换的INS/DVL全球组合导航算法,设计了横地理坐标系下的INS/DVL组合导航滤波器,并推导建立了地理坐标系与横地理坐标系下滤波器系统误差状态及其协方差矩阵的转换关系。AUV进入、离开极区过程中,导航坐标系切换时同时完成导航参数、滤波器参数的转换。通过船载实验与半实物仿真实验对所提算法的有效性进行了验证,结果表明:在导航坐标系切换过程中,协方差变换算法能够有效改善滤波器估计值不稳定问题,相比于无协方差变换,导航参数震荡误差减小50%以上,提高了组合导航系统稳定性。

一种INS/DVL组合导航一体化偏差标校方法

INS/DVL一体化偏差是影响组合导航系统精度的重要因素,对一体化偏差进行高精度标校是实现高精度组合的前提和基础。传统基于外速度拟合的一体化偏差估计方法对观测速度要求高,估计精度受量测噪声影响较大,同时实现过程较为复杂。提出一种基于SVD最小二乘的INS/DVL一体化偏差航迹拟合估计方法,对三轴一体化偏差角进行拟合标校。仿真结果表明,在GPS定位误差为20m的情况下,三个安装偏差角的50次Monte Carlo仿真平均估计误差分别为0.1001°、0.0283°、0.0213°。该方法实现简单,估计精度较高,具有很好的工程实用价值。

INS/DVL组合导航安装偏差的双矢量标定方法

为提高水上船舶中惯性导航系统/多普勒速度计程仪(Inertial Navigation System/Doppler Velocity Log, INS/DVL)组合导航系统定位精度,提出一种利用GPS定位信息进行矢量计算的安装偏差标定方法,该方法只需船舶以直线沿不同方向航行2段距离,依托GPS下的速度信息进行矢量计算,即可标定INS与DVL之间的安装偏差。试验结果表明,用该方法能够可靠地标定DVL的安装偏差,将标定结果代入评估后,组合导航精度得到有效提高。

INS/GPS/DVL组合导航系统中测量延迟的影响及标定方案分析

以INS/GPS/DVL组合导航系统为例,分析了测量延迟误差对系统精度的影响(会产生较大的航向误差,继而会影响前向加表偏置)。提出了延迟误差的软硬件标定方法,包括时标法和相关系数分析法,对硬件和算法不需要作较大的改动就可以估计出延迟误差并补偿外部观测量。在无延迟、有延迟和延迟补偿后几种情况下进行了对比仿真。结果表明:该标定补偿方案可以准确地估计出延迟误差,有效地提高系统精度,几乎达到无延迟的精度水平。

DVL辅助的无人水下航行器回溯式无纬度运动对准方法

针对无人水下航行器需要精确的姿态信息而位置信息无法获得或无需提供的应用场景,提出一种多普勒测速仪(DVL)速度辅助的无纬度回溯运动对准方法。在粗对准阶段,通过对惯性系视速度矢量拟合粗略估计惯性导航系统(INS)的姿态矩阵和纬度信息,并完成惯性传感器数据的抽取和存储;在精对准阶段,重复利用粗对准阶段的存储数据完成INS/DVL卡尔曼滤波精对准。采用数据压缩存储和正向回溯导航技术,减小了存储空间和计算量,等效缩短了对准时间。船载实验表明,算法可在初始纬度未知条件下10min完成行进间对准,航向精度达0.085°,与纬度已知的传统对准方法精度相当。