[發明專利]一種基于環路和積數據關聯算法的協同導航方法

在審

• 申請號: 202010792458.0
• 申請日: 2020-08-09
• 公開（公告）號: CN112068173A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 陳紅梅;常林江;徐赟;王慧娟;張會娟
• 申請（專利權）人: 河南工業大學
• 主分類號: G01S19/46
• 分類號: G01S19/46;G01S19/47
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于環路和積數據關聯算法的協同導航，其特征在于：協同導航系統內有多個平臺，平臺自身用衛星（GPS）和慣導（INS）進行絕對導航，平臺間用GPS和超寬帶（UWB）進行相對導航，且平臺間可相互通信。具體步驟為：平臺自身采用慣導，衛星等傳感器進行絕對導航，獲取平臺的位置、速度、姿態等信息；平臺間采用衛星差分和超寬帶的測距，測速，以及絕對導航輸出結果進行相對導航，獲取平臺間的相對位置、速度信息；平臺間互相傳遞絕對導航及相對導航的估出結果，構建基于環路和積數據關聯算法的協同導航濾波器，估計出所有平臺的位置、速度信息。本發明能夠提高協同導航定位精度和可靠性，適用于工程實際應用。

技術領域

本發明屬于協同導航技術領域，具體涉及一種基于環路和積數據關聯算法的協同導航。

背景技術

協同導航是協同組網編隊中平臺間通過導航信息交互利用，實時解算并修正自身位置、速度、姿態等導航信息，保障協同編隊保持、隊形重構及后續協同任務順利完成的一種技術。

絕對導航為平臺利用INS、GPS等技術，解算出自身運動狀態的一種技術；相對導航為平臺間通過UWB測速、GPS差分等技術，解算出平臺之間的相對距離速度的一種技術。相對導航通常相對于絕對導航具有更高的定位精度，但無法獲悉平臺自身的運動狀態。因此，融合絕對導航和相對導航，在獲取平臺自身運動狀態的同時，也能獲取到平臺間的相對運動狀態，且精度高于單一的絕對導航和相對導航，更有利于整個網絡協同作業的運作。

發明內容

發明目的：

在協同導航網絡中，通過平臺間的通訊，融合基于INS/GPS的絕對導航和GPS/UWB的相對導航，基于環路和積數據關聯算法進行協同導航濾波，獲取整個系統的導航信息。

技術方案：

一種基于環路和積數據關聯算法的協同導航，其特征在于：協同導航系統內有多個平臺，平臺自身用衛星(GPS)和慣導(INS)進行絕對導航，平臺間用GPS和超寬帶 (UWB)進行相對導航，且平臺間可相互通信，它包括以下步驟：

步驟一：平臺自身采用慣導，衛星等傳感器進行絕對導航，獲取平臺的位置、速度、姿態等信息；

步驟二：平臺間采用衛星差分和超寬帶的測距測速，借助絕對導航輸出結果進行相對導航，獲取平臺間的相對位置、速度信息；

步驟三：平臺間互相傳遞信息，構建基于環路和積數據關聯算法的協同導航濾波器，估計出所有平臺的位置、速度信息；

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。

本發明的優點在于

(1)通過融合相對導航，獲得了相比于絕對導航精度更高的運動狀態。

(2)本發明為融合絕對導航和相對導航的算法框架，并不要求固定的絕對導航和相對導航方式，具有普適性。

(3)僅通過算法融合絕對導航和相對導航，不增加傳感器數量，不增加硬件成本。

本發明提出的方案通過如下仿真實驗加以驗證：

(1)采用三平臺進行協同導航，三平臺運行中除在高度有差距，其它運動狀態相同，平臺間都可相互通信，濾波周期T_f為200ms，仿真時間為103s；

(2)絕對導航采用慣導與衛星緊組合，慣性傳感器數據采樣時間為40ms，衛星偽距偽距率采樣時間為200ms，陀螺儀常值漂移為0.1°/h，隨機漂移為0.01°/h，加速度計常偏為0.1mg，隨機為0.05mg，衛星偽距誤差為5m，偽距率誤差為0.1m/s；

(3)相對導航采用UWB傳感器和衛星偽距偽距率雙差組合，采樣時間均為200ms，UWB測距誤差為0.1m，測速誤差為0.01m/s。