1. 课程导入与任务总览

水下机器人（ROV/AUV）要在浑浊、无 GPS 信号、海流扰动的环境中完成管线巡检、地形测绘、目标搜索或自主返航，其前提是导航系统能够持续给出可信的位置、姿态与速度。导航传感器一旦存在零偏、标度因数误差、安装失准或时间不同步，误差就会在积分环节中被放大：陀螺零偏经姿态解算会转化为倾角漂移，加速度计零偏经二次积分会转化为位置发散，DVL 的安装角偏差会随航程线性累积为航迹偏移。因此，标定解决的是“传感器输出是否准确、各传感器之间是否一致”的问题，验收解决的是“整机导航链路在给定任务指标下是否可用、是否可交付”的问题。二者共同构成水下机器人导航系统从装配到交付的质量闸门。

本课程面向的典型对象是一套中小型水下机器人导航分系统，其传感器组成与职责可归纳为下表。需要说明的是，表中参数为教学示例的合理假设值，用于后续章节的误差分析与指标设定，并非某一具体型号的实测数据。

这些传感器并非孤立工作，而是通过一条“感知—融合—输出”的信号链耦合在一起。下图给出本节需要建立的整体认识：左侧是各传感器的原始观测，中间是标定与时间对齐环节，右侧是融合导航输出与验收判据。图中标注了各环节的关键误差传递路径，便于后续章节逐项展开。

从图中可以看出，标定环节位于传感器与融合解算之间，是误差能否被“截住”的关键位置。以陀螺零偏为例：若某轴零偏为 8 °/h 且未补偿，姿态解算 30 min 后航向漂移约为 8 × 0.5 = 4°，已超出示例验收线 1.5°；若标定后残余零偏降至 2 °/h，则 30 min 漂移约 1°，满足要求。这一简单估算说明，标定精度与验收指标之间存在可量化的对应关系，后续章节的误差预算将沿用这一思路。

课程任务链条与交付物

本课程按“认识对象—建立基准—逐项标定—整机验收—形成记录”的逻辑组织，共 30 章。任务链条可概括为五个阶段，每个阶段都有明确的输入、操作与可检查的输出：

1. 对象与指标梳理：明确机器人导航配置、传感器安装位置、坐标系定义（以机体前右下为 X-Y-Z，北东地为导航系）以及任务精度需求，形成传感器清单与指标表。
2. 基准与工装准备：确认转台、水平基准、已知基线、声速剖面或水池条件，检查时间同步源与数据采集链路，避免“用不可信的基准去标定传感器”。
3. 分项标定：依次完成 IMU 零偏与标度因数、DVL 安装角与杆臂、深度计零点、磁罗经干扰补偿、USBL 时延与安装偏差的标定，并记录每次标定的环境条件与原始数据。
4. 整机验收测试：在典型航速与深度下执行直线航迹、定深航行、往返重复性等测试，采集导航输出与外部参考（如 USBL 或水池基准点）的对比数据。
5. 结果判定与交付：按验收判据逐项判定，形成标定报告、验收记录与参数配置文件，对不合格项给出复标或整改建议。

为便于执行，下面给出一份可直接参考的标定与验收记录表（示例模板）。字段按本课程实际需要设置，实际使用时按机器人配置增删行项即可。