[發(fā)明專利]一種水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010978540.2
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN112083377B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜言清;崔林濤;李曄;馬騰;李柯垚;張蔚欣;李岳明;曹建;武皓微
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/18
• 分類號(hào): G01S5/18
• 代理公司: 北京隆源天恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11473
• 代理人: 吳航

本發(fā)明提供了一種水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法及裝置，涉及跟蹤定位技術(shù)領(lǐng)域，包括：獲取水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息；若當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息為有效傳感信息，并確定跟隨設(shè)備在當(dāng)前時(shí)刻下連續(xù)接收到有效傳感信息的連續(xù)通信次數(shù)；根據(jù)連續(xù)通信次數(shù)，確定水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)估位置，以使跟隨設(shè)備對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行跟蹤定位。本發(fā)明根據(jù)接收的傳感位置信息判斷當(dāng)前時(shí)刻的通信是否有效，根據(jù)連續(xù)通信次數(shù)判斷是否在連續(xù)時(shí)刻進(jìn)行了有效通信，綜合判斷當(dāng)前時(shí)刻定位的強(qiáng)弱，根據(jù)不同的定位情況，針對(duì)性地進(jìn)行跟蹤定位，以此實(shí)時(shí)保證跟隨設(shè)備對(duì)水下機(jī)器人的有效跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及跟蹤定位技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法及裝置。

背景技術(shù)

水下機(jī)器人(AutonomousUnderwaterVehicle，簡稱為AUV)因其靈活性、智能性等特點(diǎn)，被廣泛用于深海探索的多種任務(wù)之中。為了實(shí)時(shí)確定AUV位置，通常采用對(duì)應(yīng)的跟隨設(shè)備對(duì)AUV進(jìn)行跟蹤，完成與AUV的協(xié)同工作，充當(dāng)AUV的通信中介，實(shí)時(shí)傳輸AUV獲取的相關(guān)水下信息。

水面無人艇(UnmannedSurfaceVessel，簡稱為USV)作為海上的智能體，將其與AUV配合工作，可以改善任務(wù)的整體運(yùn)作、對(duì)任務(wù)的執(zhí)行起到重大作用，對(duì)于推進(jìn)油氣、科研和國防等自主海洋系統(tǒng)的發(fā)展也是至關(guān)重要的。USV可以通過水聲實(shí)時(shí)接收AUV的位置信息并跟蹤AUV，以保證水聲通信的距離，并在無人艇上通過衛(wèi)星等無線手段進(jìn)行通信和信息傳遞。然而，USV和AUV之間的水聲通信相比于通常的無線電等通信方式，具有帶寬低、傳輸效率慢等特點(diǎn)，并且受海洋傳播特性的影響。因此，在其通信過程中，USV和AUV之間的通信程度有強(qiáng)有弱，難免會(huì)出現(xiàn)接收不到數(shù)據(jù)、接收到無效數(shù)據(jù)的情況，即弱定位現(xiàn)象。現(xiàn)有技術(shù)往往是利用歷史航跡或者利用某一種目標(biāo)定位算法，來對(duì)水下機(jī)器人進(jìn)行定位，忽略了時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的通信傳遞對(duì)定位準(zhǔn)確性的影響。因而，如何在時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的通信過程中實(shí)時(shí)保持對(duì)AUV的有效跟蹤定位是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是如何在時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的通信過程中實(shí)時(shí)保持對(duì)AUV的有效跟蹤定位，為達(dá)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法，其包括：

獲取水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息；

若所述當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息為有效傳感信息，則確定跟隨設(shè)備在當(dāng)前時(shí)刻下連續(xù)接收到所述有效傳感信息的連續(xù)通信次數(shù)；

根據(jù)所述連續(xù)通信次數(shù)，確定所述水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)估位置，以使所述跟隨設(shè)備對(duì)所述水下機(jī)器人進(jìn)行跟蹤定位。

由此，本發(fā)明提供的水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法利用了接收的傳感位置信息判斷當(dāng)前時(shí)刻的通信是否有效，并根據(jù)連續(xù)通信次數(shù)判斷是否在連續(xù)時(shí)刻進(jìn)行了有效通信，即有效判斷了通信間隔。結(jié)合傳感位置信息和連續(xù)通信次數(shù)反映通信有效性和通信時(shí)間間隔的情況，判斷當(dāng)前時(shí)刻定位的強(qiáng)弱，根據(jù)不同的定位情況，針對(duì)性地進(jìn)行跟蹤定位，以此實(shí)時(shí)保證跟隨設(shè)備對(duì)水下機(jī)器人的有效跟蹤。

進(jìn)一步地，上述水下機(jī)器人的位置估計(jì)方法還包括：

若所述當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息為無效傳感信息，則根據(jù)所述水下機(jī)器人的歷史航跡，確定所述水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)估位置。

由此，在當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息非有效傳感信息的情況下，說明當(dāng)前的通信數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，即已經(jīng)出現(xiàn)了通信間隔，觀測信息已經(jīng)丟失，因而依據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的傳感位置信息進(jìn)行跟蹤定位會(huì)導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，因而依據(jù)水下機(jī)器人的歷史航跡進(jìn)行定位，保證通信間隔下，對(duì)水下機(jī)器人定位的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述連續(xù)通信次數(shù)，確定所述水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)估位置包括：

根據(jù)所述連續(xù)通信次數(shù)，確定初始狀態(tài)粒子集；

根據(jù)所述初始狀態(tài)粒子集建立對(duì)應(yīng)的交互式多模型，將所述初始狀態(tài)粒子集作為所述交互式多模型的初始輸入，確定所述水下機(jī)器人當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)估位置。