The invention relates to an underwater robot single beacon integrated navigation method based on TMA technology, and realizes the underwater integrated navigation and positioning of the underwater vehicle. The invention comprises a single letter by AUV at different time scales ranging from oblique measurement, calculation of the current position of AUV acoustic positioning; establish the Calman filter single channel TMA technology standard integrated navigation based on the calculation of navigation location estimation. Compared with the traditional long baseline navigation and ultrashort baseline navigation, this method has the advantages of low cost, simple equipment, saving operation time, reduces the complexity of the integrated navigation system of underwater robot, improve the reliability of the integrated navigation system of underwater robot. This method is easy to transplant, can be applied to a variety of underwater underwater navigation and positioning.
【技术实现步骤摘要】
一种基于TMA技术的水下机器人单信标组合导航方法
本专利技术涉及水下机器人
,尤其涉及一种无人自治水下机器人(简称AUV)的基于TMA技术的单信标组合导航方法,实现AUV的水下组合导航。
技术介绍
在海洋应用中,水下机器人发挥越来越重要的作用。水下机器人分成两类:一种是遥控式有缆水下机器人(简称ROV),一种是无人自治水下机器人(简称AUV)。ROV需要水面母船支持,同时受到电缆长度的限制,其作业距离有限,一般只有几百米;而AUV自身携带能源,可以远离母船,活动距离达到几十公里甚至上百公里。所以AUV的研究越来越受到各国的重视,AUV的发展代表了未来水下机器人的发展方向。而水下组合导航定位技术是AUV发展的关键和制约的瓶颈。因为水下环境的特殊性,无法像陆地直接使用差分GPS导航定位,所以目前水下导航定位主要有两类:惯性导航和水声定位导航。惯性导航系统短航程时定位精度高,但随着航程的增加,累积的导航误差降低了系统的导航精度;水声导航精度较高,水声导航系统主要包括长基线和超短基线。长基线定位系统(简称LBL)的基阵长度一般在几千米,需要在海底布设3个以上的信标(一般布设4个信标,将其中一个信标作为备份信标),通过测量AUV与信标之间的距离来确定AUV的位置,缺点是该系统构成复杂,费用高昂,大量信标校准、布放回收的工作花费了宝贵的船时,使用和维护长基线的成本较高。超短基线定位系统(简称USBL),是将超短基线定位系统布置在船底,通过测量AUV到每个基元的相位差来计算AUV的空间位置。超短基线的优点是节省水下信标布放、校准和回收的时间,但是超短基线对安装精度 ...
【技术保护点】
一种基于TMA技术的水下机器人单信标组合导航方法,其特征在于,包括以下步骤:利用AUV不同时刻的单信标斜距测距测量值,计算当前时刻的AUV声学定位位置;建立基于TMA技术的单信标组合导航的卡尔曼滤波器,计算组合导航的位置估计。
【技术特征摘要】
1.一种基于TMA技术的水下机器人单信标组合导航方法,其特征在于,包括以下步骤:利用AUV不同时刻的单信标斜距测距测量值,计算当前时刻的AUV声学定位位置;建立基于TMA技术的单信标组合导航的卡尔曼滤波器,计算组合导航的位置估计。2.根据权利要求1所述的一种基于TMA技术的水下机器人单信标组合导航方法,其特征在于,所述利用AUV不同时刻的单信标斜距测距测量值,计算当前时刻的AUV声学定位位置,包括以下步骤:定义信标位置为(xB,yB,zB);AUV在k时刻、k-1时刻和k-2时刻声学定位位置分别为Zk(x'k,y'k,z'k)、Zk-1(x'k-1,y'k-1,z'k-1)和Zk-2(x'k-2,y'k-2,z'k-2);k时刻、k-1时刻和k-2时刻AUV到信标的斜距分别为Rk、Rk-1和Rk-2;则k时刻、k-1时刻和k-2时刻AUV的斜距方程组成基于TMA技术的单信标测距方程组:其解方程为:[x'k,y'k]T=A-1B其中,其中,(Δx'k,Δy'k)表示从k-1时刻到k时刻的位移,即Δx'k=x'k-x'k-1,Δy'k=y'k-y'k-1;(Δx'k-1,Δy'k-1)表示AUV从k-2时刻到k-1时刻的位移,即Δx'k-1=x'k-1-x'k-2,Δy'k-1=y'k-1-y'k-2,(Δx'k,Δy'k)和(Δx'k-1,Δy'k-1)通过速度、航向角与时间积分获得,是已知量;定义k时刻、k-1时刻和k-2时刻AUV到信标的水平距离分别为Hk、Hk-1和Hk-2,即Hk=Rk2-(zB-z'k)2,Hk-1=Rk-12-(zB-z'k-1)2,Hk-2=Rk-22-(zB-z'k-2)2。3.根据权利要求1所述的一种基于TMA技术的水下机器人单信标组合导航方法,其特征在于,...
【专利技术属性】
技术研发人员:王轶群,徐春晖,邵刚,赵宏宇,刘健,
申请(专利权)人:中国科学院沈阳自动化研究所,
类型:发明
国别省市:辽宁,21
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