[發明專利]一種基于M估計的AUV組合導航方法及系統

在審

• 申請號: 202010513750.4
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111829511A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 盧曼曼;張南南;李宇航;郭眀禹
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明專利公開一種基于M估計的AUV組合導航方法及系統，提出一種基于廣義極大似然估計(M估計)的濾波算法，在系統量測噪聲為非高斯分布，特別是混合高斯分布(高斯附近對稱干擾)條件下，應用M?估計算法，通過影響函數與權值函數對量測殘差與狀態預測殘差進行加權，減小量測異常峰值給導航系統帶來的影響。并將該算法應用于SINS/USBL組合導航系統中，在水聲傳感器由于多徑效應產生的非高斯量測噪聲、量測異常的條件下，對比標準卡爾曼濾波算法與M估計濾波算法，后者的位置、速度誤差精度相對于前者均有顯著提高且混合高斯模型受污染越嚴重的情況下，基于M估計濾波的SINS/USBL組合導航系統濾波效果越明顯，魯棒性、抗干擾性能相對更好。

技術領域

本發明涉及一種基于M估計的AUV組合導航方法及系統，屬于組合導航技 術領域。

背景技術

水下潛航器(AUV)作為開發探索海洋資源的設備，多種多樣的水下潛航器 替代潛水員進行水下資源探索和深海作業等工作。獲取水下潛航器準確的位置信 息是水下潛航器執行作業的基礎保障。現階段，惡劣水下環境中的高精度導航定 位技術儼然已成為自主水下潛航器發展所不得不面對的難題。

單一傳感器不能準確提供載體的導航定位參數，組合導航系統采用兩個或兩 個以上優勢互補的傳感器，達到比任何單一傳感器都好的導航效果。現階段，水 下載體導航定位任務采用組合導航的方式，可以有效的滿足深海潛航器的探索及 高難度作業過程。基于所需載體精度要求，我們選擇將性能各異的傳感器組合， 從而提高水下潛航器導航定位系統的精度與魯棒性。

具有代表性的捷聯慣導/全球導航定位系統(Global Positioning System,GPS)的組合導航技術已經發展成熟，是載體導航定位的首選。在海洋環境下，由于 GPS在部分海域內存在接收不滿四顆以上衛星信號以及電磁波在水下傳播能量 衰減嚴重等因素，使得GPS不能一直滿足水中載體導航定位的條件。而聲波在 水下傳播衰減很小，傳播距離更遠，可以用于水下信息傳遞。有“水下GPS”美譽 的超短基線定位系統(Ultra-Short Baseline,USBL)逐漸受到越來越多學者的關注， 基于水聲定位的USBL憑借著其使用簡易、靈活，定位精度較高，漸漸成為研究 水下載體導航定位種倍受青睞的測距傳感器。

標準卡爾曼濾波是組合導航系統中量測噪聲服從高斯分布情況的最優解，但 是，在AUV在水下作業時，異常雜波會對量測信息產生很大影響，并且在很多 時候噪聲呈現厚尾分布特性，勢必造成狀態估計精度下降，嚴重的情況下可能會 造成協同導航算法定位誤差發散。

發明內容

本發明的目的是為了：針對上述問題，提出一種基于M估計的AUV組合導 航方法及系統，在系統量測噪聲為非高斯分布，特別是混合高斯分布(高斯附近 對稱干擾)條件下，該方法可以提高AUV組合導航濾波效果。

本發明包括以下幾個步驟：

一種基于M估計的AUV組合導航方法，包括以下幾個步驟：

步驟一：建立SINS/USBL組合導航模型；

步驟二：對組合導航模型的量測方程進行重構；

步驟三：根據重構后的量測方程，對組合導航模型中的狀態變量X求解，獲 得X的最優估計值；

步驟四：根據步驟三得到的X最優估計值進行校正，從而實現AUV組合導 航定位。

進一步的，建立SINS/USBL組合導航模型，具體為：