[發明專利]一種無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法

有效

• 申請號: 201710913226.4
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN108037502B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 張加龍;劉憲瑞;施佺;許致火;施佳佳;陳海龍;孫玲;張成宇;包銀鑫
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G01S13/87
• 分類號: G01S13/87;G01S13/58
• 代理公司: 南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238
• 代理人: 吳靜安;吳揚帆

1.一種無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1)設定雷達觀測點的幾何位置,實時獲取雙雷達對無人船的距離及徑向速度數據；

步驟2)建立無人船位置狀態及雙雷達信息互享的觀測方程；

步驟3)基于集合卡爾曼濾波思想，遞推求解雙雷達間信息互享的無人船運動軌跡，對無人船在水質檢測作業中的路徑高精度定位；所述步驟1)依據漁業養殖場的實際物理尺寸及其地理分布特點，采用南北向的矩形對漁業養殖場進行優化匹配擬合，將矩形的東西向的中心點及南北向的中心點設定為雙毫米波調頻連續波雷達的觀測點；所述步驟1)中通過串口協議對雷達輸出的距離及徑向速度數據進行實時獲取采集；所述步驟2)中建立無人船位置狀態及雙雷達信息互享的觀測方程包括如下步驟：

步驟2-1)采用笛卡爾兩維坐標系統，定義矩形的東西向為x軸，南北向為y軸，設定無人船位置狀態為距離與速度的向量，采樣時間間隔為Δt，在n時刻，無人船的位置狀態方程為s_n＝Fs_n-1+w_n；式中狀態轉移矩陣F為：

噪聲為w_n＝[w_n，1，w_n，2，w_n，3，w_n，4]，w_n的均值為零，協方差矩陣Q為：

步驟2-2)設定第一部雷達觀測得到無人船的東西向的距離及徑向速度為x，第二部雷達觀測得到無人船的南北向的距離及徑向速度為y，設定在n時刻，第i個雷達的觀測方程為：

y_i，n＝H_is_n+v_i，n

式中，i取1或2，觀測矩陣H為：

噪聲為v_i，n＝[v_i，n，1，v_i，n，2，v_i，n，3，v_i，n，4],其均值為零，協方差矩陣為：

其中，表示第i個觀測噪聲的方差。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3)中具體包括如下步驟：

步驟3-1)設定兩雷達的聯合觀測方程為：

y_n＝Hs_n+v_n

式中，觀測值觀測矩陣為噪聲的協方差矩陣為R_1，n、R_2，n分別為第一個及第二個雷達觀測的協方差矩陣；步驟3-2)基于序列貝葉斯估計，可以得到轉移概率分布p(s_n|s_n-1)、似然概率分布p(y_n|s_n)及后驗概率p(s_n|Y_n)分別為

式中Y_n＝{y₁，y₂，…，y_n},是一個均值為m，協方差矩陣為P的高斯分布函數，下標n|n表示利用時刻n的觀測數據估計時刻n的狀態值，均值m_n|n及P_n|n的迭代計算過程為：

m_n|n-1＝Fm_n-1|n-1

P_n|n-1＝FP_n-1|n-1F^T+Q_n

上式中，T表示矩陣裝置操作，F為狀態方程中的狀態轉移矩陣；

步驟3-3)通過上述推導可得到無人船水質檢測作業路徑的軌跡估計值為