專利名稱：一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下機器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法。
背景技術(shù)：
圓概率偏差是衡量水下機器人導(dǎo)航誤差的重要指標(biāo)，常規(guī)的方法是采用水下機器人實際航行試驗、積累大量試驗樣本的方法來計算圓概率偏差，還沒有通過數(shù)學(xué)計算來預(yù)計圓概率偏差的方法。水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)主要由航向傳感器和速度傳感器組成。這兩種傳感器分別測量水下機器人當(dāng)前時刻的航向和速度，通過航位推算方法得到水下機器人的位置，實現(xiàn)水 下導(dǎo)航。導(dǎo)航誤差主要來自航向傳感器引起的航向角誤差和速度傳感器引起的速度比例誤差兩個誤差源。航向傳感器引起的航向角誤差主要是指航向角初始誤差。對于慣性航向傳感器，例如光纖陀螺羅盤，除了航向角初始誤差之外還有航向角漂移誤差。每次啟動航向傳感器，其航向角初始誤差均不相同，是一種隨機誤差。在大樣本統(tǒng)計方法中，航向角初始誤差可認(rèn)為服從正態(tài)分布，可參考航向傳感器給出的誤差指標(biāo)。航向角初始誤差在啟動航向角傳感器后即保持不變，通過線性相加關(guān)系傳遞給航向角測量值。慣性航向傳感器的航向角漂移誤差由慣性器件的漂移引起，受水下機器人航行過程中所處水域環(huán)境、慣性器件內(nèi)部噪聲影響。每次航行過程中的航向角漂移誤差均不相同。在大樣本統(tǒng)計方法中，航向角漂移誤差可認(rèn)為服從正態(tài)分布。速度傳感器誤差主要是指速度比例誤差。速度比例誤差受水下機器人航行區(qū)域所處的外界環(huán)境影響，每次航行過程中的速度比例誤差均不相同，在大樣本統(tǒng)計方法中，速度比例誤差可認(rèn)為服從正態(tài)分布。航向角誤差與速度比例誤差來自兩種不同的傳感器，互不相關(guān)，航向角誤差所引起的橫向偏差和速度比例誤差所引起的縱向偏差也互不相關(guān)，且近似服從正態(tài)分布，滿足圓概率偏差計算條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在設(shè)計水下機器人時缺少對圓概率偏差進行有效預(yù)計，使得導(dǎo)航指標(biāo)設(shè)計結(jié)果缺乏可信度的缺陷，提供一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，包括第一步，確定導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的傳感器及其誤差的標(biāo)準(zhǔn)差；第二步，根據(jù)eH = Φ(I)公式中，eH為橫向偏差，Φ為航向角誤差且O < I Φ I ( 2。,及航向傳感器各項航向角誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算航向角誤差所引起的橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eH)；
第三步，根據(jù)eL = λ(2)公式中， 為縱向偏差，λ為速度比例誤差，及速度傳感器的速度比例誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算速度比例誤差引起的縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eL)；第四步，根據(jù)橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差計算圓概率偏差。所述第二步的步驟包括根據(jù)產(chǎn)品說明書確定導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器的航向角初始誤差Ct1的標(biāo)準(zhǔn)差σ (Φι);如果導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器采用慣性航向傳感器，則航向角漂移誤差Φ2的標(biāo)準(zhǔn)差 σ (φ2) > O ； 如果導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器沒有采用慣性航向傳感器，則航向角漂移誤差Φ2的標(biāo)準(zhǔn)差為σ (φ2) = O ；根據(jù)航向角初始誤差Ct1的標(biāo)準(zhǔn)差σ (φ)和航向角漂移誤差小2的標(biāo)準(zhǔn)差σ (Φ2)，用公式
權(quán)利要求
1.一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，其特征在于，包括 第一步，確定導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的傳感器及其誤差的標(biāo)準(zhǔn)差； 第二步，根據(jù)eH = Φ(I) 公式中，eH為橫向偏差，Φ為航向角誤差且O < |Φ| ^ 2° ,及航向傳感器各項航向角誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算航向角誤差所引起的橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eH)； 第三步，根據(jù)eL = λ(2) 公式中，A為縱向偏差，λ為速度比例誤差，及速度傳感器的速度比例誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算速度比例誤差引起的縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eL)； 第四步，根據(jù)橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差計算圓概率偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，其特征在于，所述第二步的步驟包括 根據(jù)產(chǎn)品說明書確定導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器的航向角初始誤差小^勺標(biāo)準(zhǔn)差σ (φ)； 如果導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器采用慣性航向傳感器，則航向角漂移誤差Φ2的標(biāo)準(zhǔn)差σ ( φ 2) > O ； 如果導(dǎo)航系統(tǒng)的航向傳感器沒有采用慣性航向傳感器，則航向角漂移誤差Φ2的標(biāo)準(zhǔn)差為 σ (φ2) = O ； 根據(jù)航向角初始誤差Φ:的標(biāo)準(zhǔn)差σ ((J)1)和航向角漂移誤差Φ2的標(biāo)準(zhǔn)差σ (φ2)，用公式^(eH) =(3) 計算航向角誤差Φ = Φ i+Φ 2所引起的橫向偏差eH的標(biāo)準(zhǔn)差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，其特征在于，所述第三步的方法為根據(jù)產(chǎn)品說明書確定導(dǎo)航系統(tǒng)的速度傳感器的速度比例誤差入的標(biāo)準(zhǔn)差σ ( λ )，即可得到為縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差 σ (eL) = ο (λ)(4)
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，其特征在于，所述第四步的方法為將橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eH)和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eL)代入圓概率偏差計算公式，即 P{r)= 2aMa(eL) Co(a,β)-0.5(5) [σ(^)]2+[σ(^)]2 其中， Q_r2{[a(eH)]2 +[a(eL)]2}⑷"4[a(eH)]2[a(eL)]2\[σ(βΗ)]2 ~[a(eL)f\⑴ [σ(βΗ)]2 + [a(eL)]2 Ο0(α,β)= [o(8)
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，其特征在于，所述將橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eH)和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ (eL)代入圓概率偏差計算公式的操作步驟為 a.用橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ(eH)和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ ( )對公式(5)至(9)初始化，在公式(7)中得到β的初始值Ptl，令α的初始值Citl = I ; b.將％和^代入公式(9)，得到ItlW4)，再將IJ ^t)代入公式⑶得到CtlU,β)的初始值C。(α。，(eH)和σ ( )代入公式(5)，建立圓概率偏差方程
全文摘要
一種預(yù)計水下機器人導(dǎo)航系統(tǒng)圓概率偏差的方法，首先確定導(dǎo)航系統(tǒng)所使用的傳感器及其誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，然后根據(jù)eH＝φ及航向傳感器各項航向角誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算航向角誤差所引起的橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ(eH)；根據(jù)eL＝λ及速度傳感器的速度比例誤差的標(biāo)準(zhǔn)差，計算速度比例誤差引起的縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差σ(eL)，最后根據(jù)橫向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差和縱向偏差的標(biāo)準(zhǔn)差計算圓概率偏差。本發(fā)明在設(shè)計階段可以有效預(yù)計導(dǎo)航系統(tǒng)的圓概率偏差；在試驗或使用階段可快速計算出圓概率偏差，幾乎沒有成本。
文檔編號G01C25/00GK102865880SQ20111018548
公開日2013年1月9日 申請日期2011年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月4日
發(fā)明者冀大雄, 劉健, 林揚 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所