基于磁罗盘、DVL及GPS的组合导航系统设计.pdf

《基于磁罗盘、DVL及GPS的组合导航系统设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2015年4月第2期现代导航·107·基于磁罗盘、DVL及GPS的组合导航系统设计葛锡云，岳丽娜，潘琼文，申高展(中国船舶重工集团第702研究所，无锡214081)摘要：针对水下潜器导航定位系统成本昂贵且水下定位精度不高的问题，设计了一种基于磁罗盘、多普勒测速仪(DVL)及全球卫．星定位系统(GPs)的低成本组合导航系统。采用分段缌}生插值拟合补偿法及声速补偿法，对磁罗盘和多普勒测速仪进行校准及补偿，提高了单个导航设备的精度。最后通过卡尔曼滤波进行数据融合，提高了整个导航系统的精度，实现了水下潜器的精确导航。关键词：水下潜器；磁罗盘；多普勒测速仪；全球卫星定位系统；卡尔曼滤波

2、中图分类号：TN964文献标识码：A文章编号：1674．7976．(2015)02．107．05DesignofUnderwaterIntegratedNavigationSystemofUnderwaterVehicleBasedonMagneticCompass，DVLandGPSGEXiyun,YUELina,PANQiongwen,SHENGaozhanAbstract：Becausenavigationsystemofunderwatervehicleisexpensiveandtheaccuracyofunderwaterpositioningisnothigh，

3、thisarticledesignedakindoflow—costintegratednavigationsystembasedonthemagneticcompass，DVLandglobalsatellitepositioningsystem．UsingpiecewiselinearinterpolationcompensationmethodandCompensationmethodofthespeedofsound．ThemagneticcompassandDVLiscalibratedandcompensated，theaccuracyofsinglenaviga

4、tionequipmentisimproved．Finally,accordingtothedatafusionofKalmanfilter,theaccuracyoftheentirenavigationsystemisimprovedandtheprecisenavigationofunderwatervehicleisachieved．Keywords：UnderwaterVehicle；MagneticCompass；DVL；GPS；KalmanFilter所产生导航信息的连续性及稳定性较好等优点，能0引言够满足大多数水下潜器的导航要求，但其价格昂贵，误差随时间累积，

5、且加热及初始对准时间较长J；水声定位系统可同时满足定位的高精度及远距目前水下潜器主要采用惯导系统(INS)、多普离的要求，并能弥补因无线电波在水中衰减而不能勒测速系统(DVL)、全球卫星定位系统(GPS)的用于水下载体定位的缺点，但水声定位系统普遍存组合导航模式或者采用惯导系统(INS)、多普勒测在价格昂贵，受使用环境影响较大，系统复杂，布速系统(DVL)、水声定位系统的组合导航模式【1]。阵困难等缺点。惯导系统具有隐蔽性好，不受外界干扰，自主性好，从降低成本的角度考虑，本文设计了一种采用能够提供载体的位置、速度、航向和姿态角信息，磁罗盘(MagneticCompass)、多

6、普勒测速系统(DVL)及全球卫星定位系统(GPS)的组合导航收稿日期：2014．12．20。现代导航2015盆系统，分析了磁罗盘及多普勒测速系统的误差来补偿、可以集成到控制回路中进行数据链接等优源，并采用分段线性插值拟合算法及声速补偿算法点，其航向测量范围为0~'360o，航向精度为士0．5o。来对磁罗盘和多普勒测速系统进行校准和补偿，以由于磁罗盘周围的磁场在使用环境中容易受实现短距离水下潜器在浅水环境下较高精度的导到各种铁磁材料及电磁设备的影响，这些铁磁材料航定位。和电磁设备将造成磁罗盘的航向测量产生误差，由这种原因引起的航向误差称为罗差。在不同的应用环境下，磁罗盘的罗差也

7、不相同，其值有时可大到1水下潜器组合导航系统组成几十度【4】。因此需要对磁罗盘进行航向校准。磁罗盘的常用的校准方法有3种，如椭圆拟合考虑到浅水型短距离水下潜器的特点及低成法，最小二乘法等。椭圆拟合法插值校准法在自然本要求，本文采用磁罗盘、多普勒测速系统及全球条件下精度不高；最dxZ-乘法，在工程上使用广泛，卫星定位系统组合的导航模式，为水下潜器提供连但操作繁琐，效率低下。本文在插值校准法的基础续可靠，精度较高的导航定位信息，如图1所示。上延伸出一种校准精度较高，简单易行的分段线性当水下潜器在水下航行时，