[發明專利]基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法

有效

• 申請號: 202110502897.8
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN112987066B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 王翔
• 申請（專利權）人: 上海邁利船舶科技有限公司
• 主分類號: G01S19/48
• 分類號: G01S19/48;G01S19/49;G06K9/62
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 袁亞軍

1.一種基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、獲取全球導航衛星系統的定位數據；

S2、獲取慣性導航系統的位置，速度和姿態；

S3、獲取時鐘數據和氣壓高度計的高度；

S4、對步驟S1-S3獲取的數據采用擴展卡爾曼濾波進行融合計算，計算出當前時刻的位置，速度和高度；

S5、在船舶自動識別系統中采用步驟S4中的輸出數據對海上目標進行定位識別；

所述步驟S1獲取多個全球導航衛星系統的定位數據，包括北斗導航衛星系統、全球定位系統、格洛納斯衛星導航系統和伽利略衛星導航系統，然后通過一階泰勒公式展開將多個全球導航衛星系統觀測模型線性化，并采用地心地固坐標系給出測量矢量Z_GNSS；

所述步驟S2通過一階泰勒公式展開將慣性導航系統觀測模型線性化，并采用速度給出測量向量Z_ODO；

所述步驟S3通過一階泰勒公式展開將大氣高度計觀測模型線性化，并采用大氣壓和高度給出測量向量Z_BARO；

所述步驟S4將慣性導航系統和大氣高度計的測量數據添加到過濾器中,并建立如下動態狀態空間線性模型：

其中符號表示濾波器狀態， 表示過程噪聲，表示系統轉換矩陣，Z表示KF測量，H表示測量矩陣，e表示測量噪聲；濾波器狀態包括系統狀態和傳感器的誤差，系統狀態表示為高度，速度和位置；為濾波器狀態方程的變化率，KF測量Z包括測量矢量Z_GNSS、測量向量Z_ODO和測量向量Z_BARO。

2.如權利要求1所述的基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，所述濾波器狀態表示如下：

；

其中，是局部定位數據的高度誤差向量，是局部定位數據的速度誤差向量，是ECEF坐標系中局部定位數據的位置誤差向量，是與由慣性導航系統在接收機框架中測得的角速率，是與由慣性導航系統在接收機框架中測得的比例相關的誤差矢量，是接收機的時鐘偏差，單位為米，是接收器的時鐘漂移，單位為米/秒，是與慣性導航系統（INS）比例因子有關的誤差，是估計的參考大氣壓。

3.如權利要求1所述的基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，所述步驟S4包括：

S41：當全球導航衛星系統的可通信衛星數量大于等于第一預設閾值時，卡爾曼濾波直接利用全球導航衛星系統的數據進行定位，同時對氣壓高度計測量值和慣性導航系統的測量值進行更新，并計算出氣壓高度計的傳感器測量誤差和慣性導航系統的傳感器測量誤差；

S42：當全球導航衛星系統信號的可通信衛星數量大于等于第二預設閾值，且小于第一預設閾值時，以全球導航衛星系統的數據為主進行定位，同時采用慣性導航系統和高度氣壓計對定位數據進行補充，所述第二預設閾值小于第一預設閾值；

S43：在衛星失效環境下，卡爾曼濾波將氣壓高度計視為地心衛星，用以與其它衛星和時鐘模型進行測量與更新，慣性導航系統用于減小水平位置誤差的離散，氣壓高度計用于減小高度位置誤差的離散。

4.如權利要求3所述的基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，所述慣性導航系統采用隨機噪聲補償塊來補償加速度計和陀螺儀的偏置，卡爾曼濾波根據全球導航衛星系統和慣性導航系統之間的局部定位數據的速度誤差向量對定位數據進行補充。

5.如權利要求3所述的基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，所述第一預設閾值為4，所述第二預設閾值為1。

6.如權利要求1所述的基于多系統多源定位數據融合的海上目標定位方法，其特征在于，當全球導航衛星系統的可通信衛星數量大于1時，導航衛星和接收器之間距離采用如下的等效GNSS觀測值進行計算：

；

x，y和z是地心地固坐標系上的三維坐標， 是接收機的時鐘偏差，是三維的地心地固坐標系中第i個衛星位置的坐標。