基于目标优化的多普勒计程仪参数离线标定方法

摘要

[目的]为提高水下机器人的水下组合导航定位精度,需要准确标定出捷联惯性导航系统(SINS)和多普勒计程仪(DVL)之间的安装误差角以及DVL的刻度系数.借鉴多学科优化设计思路,提出基于目标优化方法和传感器实航采集数据的DVL参数离线标定方法.[方法]首先,通过跑船实航的方式,开展传统两点法的DVL标定试验和4个航次的FINS/DVL组合导航定位精度验证试验,并将该试验结果作为对比参照;其次,基于离线数据的组合导航过程仿真,使用田口试验法对DVL参数的值域空间进行随机撒点计算,应用响应面模型对计算结果进行截面插值,得到初步的最优解,即DVL标定参数的初值;之后,使用单目标粒子群优化算法,通过迭代优化DVL参数,最终收敛得到最优解,即该方法标定出的DVL参数;最后,使用实航标定出的DVL参数和优化方法得到的DVL参数,分别进行4个航次的FINS/DVL组合导航的离线仿真验证.[结果]结果表明:目标优化方法适用于DVL参数的离线标定,与传统两点法标定相比,经过该方法标定后的FINS/DVL组合导航的终点定位误差降低了24.1％,水下组合导航定位精度显著提升.[结论]所提方法可为自主式水下机器人(AUV)组合导航系统的DVL标定提供有效手段.