使用距离测量的平台相对导航制造技术

本发明专利技术涉及一种用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其中：定位信号的四个或更多个发射器（T1至T4）位于第一对象的平台上和/或附近，以及接近所述平台的第二对象包括用于接收所述定位信号的三个或更多个接收器（A1至A3）；以及其中该方法包括以下动作：对于每个接收到的定位信号执行所述定位信号的发射器以及所述定位信号的接收器之间的距离测量；以及通过利用实施第一和第二对象的系统模型的状态空间估计算法对距离测量进行处理来估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其中：定位信号的四个或更多个发射器（T1至T4）位于第一对象的平台上和/或附近，以及接近所述平台的第二对象包括用于接收所述定位信号的三个或更多个接收器（A1至A3）；以及其中该方法包括以下动作：对于每个接收到的定位信号执行所述定位信号的发射器以及所述定位信号的接收器之间的距离测量；以及通过利用实施第一和第二对象的系统模型的状态空间估计算法对距离测量进行处理来估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态。【专利说明】使用距离测量的平台相对导航
本专利技术涉及根据权利要求1的用于使用距离测量的平台相对导航的方法。
技术介绍
对于许多应用来说，两个平台之间的相对位置和姿态必须是已知的。这些应用包括无人驾驶飞行器(UAV)在固定或运动平台(比如飞船、用于着陆的领航(pilot)辅助设备、飞船对接(ship docking)辅助设备以及许多更多)上的自动着陆。此外，期望该信息也可用在拒绝GNSS (全球导航卫星系统)的环境中。为了简单起见，所包括的平台之一在下文中被表示为飞船，其他平台被表示为UAV。能够提供所需相对位置和姿态信息的导航系统包括飞船机载的四个或更多个发射机应答器(transponder)以及UAV机载的三个或更多个天线。天线发射要由发射机应答器回复的询问(inteirogation)信号。然后，这些回复被天线接收。测量发射询问信号和接收回复之间的时间，这允许计算天线和回复的发射机应答器之间的距离(range )。也可以测量接收到的信号的多普勒频移，其可以被转换成天线和发射机应答器之间的相对速度的测量。此外，代替使用飞船机载的发射机应答器，也可以使用同步伪卫星(Pseudolite)0这些伪卫星发射与GNSS信号类似的信号，它们被UAV机载的天线接收到。在这种场景中，UAV不必发射信号，但是距离测量会由于接收器时钟的偏移而有偏差，并且多普勒测量会由于接收器时钟的频率误差而有偏差。在公开物“Stand-AloneShip-Relative Navigation System Based onPseudolite Technology，，; Aulitzky, C.; Heinzinger, 0.; Bestmann, U.; Hecker,P.;” AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, 10 -13 August 2009,Chicago, Illinois, USA中讨论了与上述相似的相对导航系统。在该论文中给出的方法中，使用非线性最小二乘法来估计每个天线关于飞船主体框架的相对位置，并且施加约束以考虑这些天线之间的相对几何形状。然后根据相对天线位置来计算相对姿态。该解决方案具有若干缺点: -要被估计的未知量的数目随着天线数目的增加而增加。-不能考虑多普勒测量。-做出的从所有天线到所有发射机应答器/伪卫星的距离测量必须在同一时间点有效，否则会引入系统误差。换言之，不可能顺序地执行测量，即测量第一天线和发射机应答器/伪卫星之间的距离，然后测量与第二天线的距离，并且在此之后测量与第三天线的距离。这种方法为每个天线提供了具有不同时间有效性的距离测量。严重的缺点是在这种场景中上面引用的论文中描述的方法会引入系统误差，因为许多现成的距离测量系统正好以该方式操作。-不能容易地考虑比如惯性测量单元(MU)以及雷达或激光高度计的附加传感器的测量，这也是严重的缺点。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其能够克服已知相对导航系统的上面提到的缺点的至少一部分。该目的由独立权利要求的主题来实现。其他实施例由从属权利要求示出。本专利技术的原理主意是直接估计UAV主体框架关于飞船的相对位置和姿态，而不是如通过引用合并于此的公开物 “Stand-Alone Ship-Relative Navigation System Basedon Pseudolite Technology，，； Aulitzky, C.; Heinzinger, 0.; Bestmann, U.; Hecker,P.;” AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference, 10 -13 August 2009,Chicago, Illinois, USA中描述的估计UAV (第二对象)关于飞船(第一对象)的相对天线位置。这可以利用诸如Kalman滤波器、Sigma-Point滤波器或其他滤波器之类的状态空间估计算法以整个状态空间或误差状态空间公式来完成。本专利技术方法提供了下述优点:要被估计的未知量的数目不会随着天线数目的增加而增加；可以考虑多普勒测量；做出的从所有天线到所有发射机应答器/伪卫星的距离测量在任何时间点都可以有效，只要它们是已知的，这不需要所有天线进行同步测量，其促进了使用现成的距离测量系统；可以容易地考虑比如IMU以及雷达或激光高度计的附加传感器的测量。本专利技术的一个实施例涉及用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其中: 定位信号的四个或更多个发射器位于第一对象的平台上和/或附近，以及 接近平台的第二对象包括用于接收定位信号的三个或更多个接收器；以及 其中该方法包括以下动 作: 对于每个接收到的定位信号执行定位信号的发射器以及定位信号的接收器之间的距离测量；以及 通过利用实施第一对象和第二对象的系统模型的状态空间估计算法对距离测量进行处理，来直接估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态。估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态还可以包括处理一个或多个附加传感器(特别是雷达或激光高度计)的测量。状态空间估计算法可以是Kalman滤波器、Sigma-Point滤波器或允许以整个状态空间或误差状态空间公式执行状态空间估计的另外的滤波器。状态空间估计算法可以包括误差状态空间公式并且执行以下迭代动作: 根据距离测量来假设第二对象的相对位置和相对姿态， 估计第二对象的假设相对位置和相对姿态的误差，以及 基于所估计的误差来校正第二对象的假设相对位置和相对姿态。状态空间估计算法可以实施以下用于估计第二对象的假设相对位置和相对姿态的误差的系统微分方程:【权利要求】1.一种用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其中: -定位信号的四个或更多个发射器(Tl至T4)位于第一对象的平台上和/或附近，以及-接近所述平台的第二对象包括用于接收所述定位信号的三个或更多个接收器Ui至A3)-MR 其中该方法包括以下动作: -对于每个接收到的定位信号执行所述定位信号的发射器以及所述定位信号的接收器之间的距离测量；以及 -通过利用实施第一和第二对象的系统模型的状态空间估计算法对距离测量进行处理，来直接估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态。2.根据权利要求1的方法，其中， 估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态还包括处理一个或多个附加传感器、特别是雷达或激光高度计的测量。3.根据权利要求1或2的方法，其中， 所述状态空间估计算法是Kalman滤波器、S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于使用距离测量的平台相对导航的方法，其中：?定位信号的四个或更多个发射器（T1至T4）位于第一对象的平台上和/或附近，以及?接近所述平台的第二对象包括用于接收所述定位信号的三个或更多个接收器（A1至A3）；以及其中该方法包括以下动作：?对于每个接收到的定位信号执行所述定位信号的发射器以及所述定位信号的接收器之间的距离测量；以及?通过利用实施第一和第二对象的系统模型的状态空间估计算法对距离测量进行处理，来直接估计第二对象的主体框架关于第一对象的相对位置和相对姿态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J温德尔，
申请(专利权)人：阿斯特里姆有限责任公司，
类型：
国别省市：