[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

本發明涉及一種無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法，包括：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。有益效果：實現無人船在水質檢測作業中的路徑高精度定位。

技術領域

本發明涉及雷達目標定位領域，尤其涉及一種無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法。

背景技術

在水產養殖生產過程中，水質的好壞對漁業產量具有決定性的作用。傳統水質檢測采用人工的方法，效率低并采樣面不廣。目前，采用無人船對養殖水域的水質進行大規模的巡航采樣，可大大提高水質檢測效率，為漁業生產提供實時決策依據。無人船的作業路徑定位在無人船水質檢測過程中具有重要支撐作用。因此無人船的作業路徑定位具有重要意義。

目前，主要有全球定位系統(GPS)方法。一般來說，GPS在民用上的定位精度為3米，不能滿足水產養殖水質檢測作業的路徑的高精度定位。另一方面，天線指向固定的毫米波調頻連續波單雷達僅能測量目標的一維距離及徑向速度信息，而對無人船的定位需要兩部毫米波調頻連續波雷達按照一定的幾何關系進行同時觀測。

綜上所述，如何準確、穩定地定位無人船水質檢測作業路徑是目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明目的在于克服現有工程項目在執行過程中遇到問題時，提供了一種無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法，具體由以下技術方案實現：

所述無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法，包括如下步驟：

步驟1)設定雙毫米波調頻連續波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。

所述無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法的進一步設計在于，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。

所述無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法的進一步設計在于，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。

所述無人船水質檢測作業路徑的雙雷達精準定位方法的進一步設計在于，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

式中觀測矩陣為：