[發(fā)明專利]一種基于因子圖的誤差參數(shù)辨識協(xié)同定位方法

有效

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• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113156368B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設計）人: 張亞;范世偉;王慶鑫;魏健雄;高偉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 鄧宇

本發(fā)明提出了一種基于因子圖的誤差參數(shù)辨識協(xié)同定位方法。首先，建立誤差參數(shù)辨識因子圖模型，然后對包含速度誤差和航向誤差的過程誤差進行誤差參數(shù)辨識，利用最大相關(guān)熵準則在因子圖中的函數(shù)節(jié)點和變量節(jié)點之間進行信息的傳遞，實現(xiàn)對從艇速度、航向的誤差補償，最終實現(xiàn)對從艇的位置狀態(tài)信息的濾波融合估計。實現(xiàn)在不改變系統(tǒng)中慣性器件的測量精度的情況下，通過對過程誤差進行辨識及補償，降低協(xié)同定位誤差，提高協(xié)同定位系統(tǒng)的定位能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自主水下航行器(Autonomous?Underwater?Vehicle，AUV)協(xié)同定位技術(shù)，更確切地說，是一種采用最大相關(guān)熵準則在因子圖的函數(shù)節(jié)點與變量節(jié)點之間進行信息的傳遞，辨識出協(xié)同定位系統(tǒng)在運行過程中從艇的包含速度誤差與航向誤差的過程誤差，并通過對過程誤差的補償來抑制定位誤差的增長，提高從艇的自主定位能力。

背景技術(shù)

AUV具有活動范圍大、機動性強、智能化程度高等優(yōu)點，在海洋調(diào)查、海洋資源勘探、水下搜救、潛水支援、軍事偵探等領(lǐng)域有重大利用價值。對于海洋領(lǐng)域，AUV相關(guān)技術(shù)是一種主流趨勢和發(fā)展方向，利用AUV協(xié)同作業(yè)不僅能夠承擔單體難以勝任的復雜任務，如情報收集、水雷探測、沿岸反潛、中繼通信等，而且還具有高效率、高可靠性、高質(zhì)量等優(yōu)點。因此，AUV協(xié)同作業(yè)具有廣闊的應用前景。

AUV協(xié)同定位技術(shù)是基于網(wǎng)絡的定位方式，利用水聲通訊技術(shù)，共享傳感器的測量信息對AUV間的相對位置關(guān)系進行融合提高定位精度，AUV協(xié)同定位能有效抑制航位推算的自主導航定位誤差對協(xié)同定位精度的影響，使得協(xié)同定位系統(tǒng)的整體定位誤差有界。

在AUV協(xié)同定位系統(tǒng)中，常用的模式為包含有主艇與從艇的主從式協(xié)同定位結(jié)構(gòu)。通常主艇攜帶有價格昂貴的高精度導航定位設備，能夠得到自身較高精度的位置信息，從艇所攜帶的導航定位設備精度較低，首先利用自身的航位推算算法進行位置估計，再利用主從艇間的距離信息進行校正。

在AUV協(xié)同定位系統(tǒng)中，由于測距及通信是利用水聲設備實現(xiàn)的，所以不可避免的會受到水下聲學信號特性的影響。在實際的水下環(huán)境中，水聲測距和通信通常會出現(xiàn)多徑傳播和測量值異常的現(xiàn)象，多路徑和異常值的影響會導致水聲測距時呈現(xiàn)非高斯分布特性，出現(xiàn)概率分布的尾部比高斯分布重的重尾噪聲。而傳統(tǒng)的非線性協(xié)同定位定位方法，如擴展卡爾曼濾波方法、無跡卡爾曼濾波方法在處理重尾非高斯噪聲時的估計性能會大大降低，甚至會引起濾波器不穩(wěn)定。

另外，對于從艇的航位推算算法來說，影響自主定位精度的關(guān)鍵因素就是速度誤差和航向誤差。在不考慮AUV側(cè)向運動的情況下，根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，利用測量得到的速度及航向計算位置時，速度誤差和航向誤差會對AUV的位置估計產(chǎn)生較大影響，導致自定位的誤差增大。

針對以上存在的問題，本發(fā)明設計了一種基于因子圖的誤差參數(shù)辨識協(xié)同定位方法，采用最大相關(guān)熵準則在因子圖的函數(shù)節(jié)點與變量節(jié)點之間進行信息的傳遞，能夠更好地處理重尾非高斯噪聲的情況。同時設計出一種誤差參數(shù)辨識方法，辨識出協(xié)同定位系統(tǒng)在運行過程中從艇的包含速度誤差與航向誤差的過程誤差，并通過對過程誤差的補償來抑制定位誤差的增長，提高從艇的自主定位能力，實現(xiàn)提高協(xié)同系統(tǒng)定位精度的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設計一種基于因子圖的誤差參數(shù)辨識協(xié)同定位方法，在不改變慣性器件精度的前提下，采用最大相關(guān)熵準則在因子圖的函數(shù)節(jié)點與變量節(jié)點之間進行信息的傳遞，辨識出協(xié)同定位系統(tǒng)在運行過程中從艇的包含速度誤差與航向誤差的過程誤差，并通過對過程誤差的補償來抑制定位誤差的增長，提高從艇的自主定位能力。

本發(fā)明的目的可通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟1：建立誤差參數(shù)辨識協(xié)同定位方法因子圖模型；

步驟2：利用最大相關(guān)熵準則對系統(tǒng)的速度誤差、航向誤差進行辨識；

步驟3：對速度誤差和航向誤差進行補償，進而對系統(tǒng)的狀態(tài)信息進行濾波更新。