具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提出的DVL内外误差标定方法，包括：

步骤S1：建立INS/GPS组合导航系统与DVL系统的误差模型。

假设载体坐标系为Ox_by_bz_b，DVL坐标系为Ox_dy_dz_d，则二者之间安装误差角的偏差关系如图2所示。其中，载体坐标系为承载INS/GPS组合导航系统和DVL系统的载体的坐标系。

在实际应用中，DVL传感器输出速度与实际速度之间存在一个刻度系数误差，称之为内参数误差，用δK表示，DVL实际测量速度用表示，DVL输出速度用V_d表示，则有：

假设INS/GPS组合导航系统测得的速度用V_INS/GPS表示，INS/GPS组合导航坐标系到载体坐标系的姿态转换矩阵用表示，则DVL坐标系到INS/GPS组合导航坐标系的转换可以表示为：

其中，为DVL坐标系到载体坐标系的转换关系，由于两坐标系间任何复杂的角位置关系都可以看做有限次基本旋转的复合，则，假设DVL坐标系相对载体坐标系的横滚、俯仰和航向角分别为θ、φ、Ψ，则有DVL坐标系到载体坐标系的横滚、俯仰和航向角的基本旋转矩阵为：

则可以表示为：

基于上述，本发明中采用遗传算法进行标定的思路，需要优化求解的参数为

则，本发明建立的误差模型为

步骤S2：将INS/GPS组合导航测量数据和DVL测量数据进行三次样条插值处理。

通过三次样条插值处理对原始数据进行等间隔插值，获得同一时间基准下的传感器数据。

步骤S3：设置参数集的取值范围、最大迭代次数以及种群规模。

由于遗传算法优化时需要预先设定优化参数的取值范围，在实际工程应用中，δK是一个很小的值，而由于安装结构等导致取值范围从0°到180°不等，若直接按此进行初始取值范围限定会导致遗传算法中迭代次数过多，收敛速度变慢。

故，在本发明实施例中，首先根据DVL和载体的安装关系，将DVL坐标系转换到与载体坐标系重合的范围内，以将限定在预设范围之内：假设载体坐标系用b表示，DVL坐标系转换到与载体坐标系重合限定范围内的坐标系用表示，这样到b之间的转动角度可以控制在一个较小的范围之内，假设b系相对于系的横滚、俯仰和航向角分别为α、β、γ，则误差模型可以表示为：

基于上述，在本发明实施例中，设置参数集(α、β、γ、δK)的取值范围，其中，α、β、γ的取值范围为[-0.3,0.3]rad，δK的取值范围为[-0.1,0.1]；设置最大迭代次数G为5000，种群规模NP为100，以实数编码方式对参数集进行编码。

步骤S4：将INS/GPS组合导航测量数据和DVL测量数据分别转换到载体坐标系下后，取二者在x,y,z三个方向的均方根误差之和作为适应度函数。

设计适应度函数包括：

假设V_b＝[x_b，y_b，z_b]^T,V_d＝[x_d，y_d，z_d]^T，取二者三个方向的均方根误差之和作为适应度函数：

Fit＝RMS_x+RMS_y+RMS_z (6)

其中，

步骤S5：对种群进行选择、交叉和变异操作直至满足终止条件。

采用“君主方案”对种群进行选择和交叉操作；在交叉操作之后，对新产生的群体进行多点变异产生子群体；将子群体与父群体合并后按照适应度值排序；取前设定个数个个体作为新的种群。

设置交叉概率为0.7，变异概率为0.3，当迭代次数达到G次则结束搜索过程输出最终的优化值。

上述本发明提出的DVL内外误差标定方法，通过建立INS/GPS组合导航系统与DVL系统的误差模型，确定影响DVL测量的外参数误差影响因子和内参数误差影响因子，然后采用遗传算法对内外参数同时进行标定，标定方法简单并有效提高了标定效率；采用三次样条插值将传感器数据进行时间基准的统一，提高了标定精度，且本发明提出的标定方法适用于安装误差角是大角度的情况，降低了安装要求。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。