[發明專利]考慮量測異常的集群式多深海潛航器的協同定位方法

在審

• 申請號: 202011156769.4
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112284384A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 陳熙源;王俊瑋;馬振;方琳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00;G01S19/45;G01S5/22
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 薛雨妍

本發明公開了一種考慮量測異常的威力集群式多深海潛航器協同定位方法，在當地地理坐標系下建立了狀態誤差方程和考慮主從深海潛航器的相對距離測量信息異常的量測方程，為完成多深海潛航器協同定位提供數學模型。其次，根據多深海潛航器協同定位的特點以及Krein空間線性估計理論，引入乘性噪聲和參數不確定性，在考慮量測異常的情況下設計了新形式Krein空間的協同導航的魯棒后驗濾波方程。同時，設計自適應算法對濾波器建模的參數不確定性進行在線估計和補償，提高協同定位物理過程與所建數學模型的匹配度。最終實現威力集群多深海潛航器整體的高精度、高可靠性協同導航定位。

技術領域

本發明屬于導航技術領域，涉及了深海潛航器的導航定位方法，具體是一種考慮量測異常的集群式多深海潛航器的協同定位方法。

背景技術

威力集群多深海潛航器協同工作系統具有探測范圍廣、容錯能力強、工作效率高的特點，能夠實現單體深海潛航器難以完成的多樣化、復雜化水下任務。

多深海潛航器的協同定位技術與空中多無人機、陸地多機器人協同工作系統的協同定位技術相比有著一定的特殊性，存在著復雜環境干擾、傳感器限制、通信技術等固有難點。因此多深海潛航器間的信息獲取和交流只能靠超聲波來完成。

但由于超聲波距離傳感器的信號相關特性，主從深海潛航器間的相對距離信息中往往含有乘性噪聲，同時水下聲波波速受海水溫度、鹽度變化影響，其不確定性會造成主從深海潛航器的相對距離建模中的參數存在不確定性。這兩種情況統稱為量測異常，會造成主從潛航器協同導航系統的定位精度降低，甚至于失效。

因此在海洋復雜的環境中，考慮量測異常情況下實現主從式深海潛航器的精準協同定位是目前多深海潛航器研究的一個熱門方向。

發明內容

為解決上述問題，本發明針對威力集群多深海潛航器在協同定位過程中容易出現量測異常情況，造成協同導航系統的精度和可靠性下降的問題，從而提供一種考慮量測異常的威力集群式多深海潛航器協同定位方法。

本發明通過設計新形式krein空間濾波器來有效解決量測中存在乘性噪聲和參數不確定性時傳統H∞濾波器難以建模的困難，降低濾波器的時空復雜度。同時，設計自適應算法對濾波器建模的參數不確定性進行在線估計和補償，提高協同定位物理過程與所建數學模型的匹配度。最終實現威力集群多深海潛航器整體的高精度、高可靠性協同導航定位。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案，包括如下步驟：

S1：建立從深海潛航器在當地地理坐標系下的狀態誤差方程和考慮主從深海潛航器的相對距離測量信息異常的量測方程；

S2：根據多深海潛航器協同定位的特點以及Krein空間線性估計理論，引入乘性噪聲和參數不確定性，在考慮量測異常的情況下設計新形式Krein空間的協同導航的魯棒后驗濾波方程；

S3：設計自適應算法對濾波器建模的參數不確定性進行在線估計和補償，提高協同定位物理過程與所建數學模型的匹配度。

本發明進一步改進在于：

所述步驟S1具體包括如下步驟：

S1-1:考慮一個15維系統狀態量的主從潛航器協同定位離散系統：

其中，Δθ,Δφ,Δω表示從潛航器的姿態角誤差，Δv_E,Δv_N,Δv_U代表從潛航器的東北天向速度誤差，ΔL,Δλ,Δh表示從潛航器的緯度、經度、高度誤差，代表從潛航器中慣性加計的常值偏移，代表從潛航器中慣性陀螺儀的常值偏移；

從潛航器慣導系統在當地地理坐標系下的離散時間誤差方程為：