一种基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法。其中主AUV装备精度较高的惯性测量单元，而子AUV装备较低精度的IMU。首先，子AUV通过融合自身的惯性测量单元测量载体运动信息，并测定相对于主AUV的距离和方位信息，最后利用扩展卡尔曼滤波来实现协同定位。本发明专利技术与传统的基于笛卡尔坐标系的算法相比，在AUV做曲线运动时具有较高的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法
本专利技术涉及的是一种在曲线运动状态下基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法。
技术介绍
未来是海洋文明的世纪，海洋领域的探索将成为世界的发展趋势，因此水面船艇作业、应用的研究具有广阔的前景。自主水下载体(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)实际上是一种水下无人平台，以其体积小、机动性强和成本低等优势成为研究热点；可以执行各种导航和水下地理勘察等复杂任务[1]。随着人类进一步开发认识海洋，AUV研究、应用的理论价值和实际意义更为凸显。AUV与常规的船艇比较，易于操作、灵活快捷，可以经受住各种复杂环境的考验。AUV在允许侦测区域进行隐蔽及公开作业，要充分利用传感器信息，这就需要多AUV进行协同定位。目前，大多数的AUV协同定位系统都是基于笛卡尔坐标系建立的，且其运动状态大都为匀速直航，而极坐标系是针对曲线运动的，所以提出了一种基于极坐标系的协同定位算法，另外由于在AUV作曲线运动时，单纯的距离信息不能够很好的描述AUV的运动状态，因此提出了一种以距离加方位信息作为观测量的协同导航定位算法并进行了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：主、子AUV开始协同导航，实时采集子AUV惯性测量单元测得的加速度和角速度信息，并积分得到子AUV的速度和航向信息；步骤二：采集子AUV相对于主AUV的距离和方位信息；采集的子AUV与主AUV之间的相对距离为：R=(r)2+(r1)2-2rr1cos(θ-θ1)]]>其中：R为主AUV和子AUV之间的相对距离；r1和θ1为主AUV在极坐标系下的半径和极角；r和θ为子AUV在极坐标系下的半径和极角；采集的子AUV与主AUV之间的相对方位角为：当rcosθ‑r1cosθ1≤0时，有：其中...

【技术特征摘要】
1.一种基于极坐标系的AUV曲线运动状态下的协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：主、子AUV开始协同导航，实时采集子AUV惯性测量单元测得的加速度和角速度信息，并积分得到子AUV的速度和航向信息；利用子AUV的速度和航向信息建立传统的笛卡尔坐标系下AUV的系统方程：其中：vi和ωi分别为第i个AUV的速度和加速度，为第i个AUV航向角，为第i个AUV航向角的一阶导数；由于AUV作曲线运动，则ωi≠0；步骤二：利用极坐标系和笛卡尔坐标系之间的转换关系将AUV的系统方程转换到极坐标下，采集子AUV相对于主AUV的距离和方位信息；其中：ri和θi分别为第i个AUV在极坐标系下的半径和极角；采集的子AUV与主AUV之间的相对距离为：其中：R为主AUV和子AUV之间的相对距离；r1和θ1为主AUV在极坐标系下的半径和极角；r和θ为子AUV在极坐标系下的半径和极角；采集的子AUV与主AUV之间的相对方位角为：当rcosθ-r1cosθ1≤0时，有：其中：φ为子AUV和主AUV之间的相对方位角；为子AUV的航向角；当rcosθ-r1cosθ1＞0时，有：步骤三：结合步骤一中得到的子AUV的速度和航向信息，以及步骤二中得到的子AUV相对于主AUV的距离和方位信息，利用扩展卡尔曼滤波器，对子AUV的位置进行估计，实现子AUV的导航定位；所涉及的系统状态向量为：其中：为主AUV的航向角；所涉及的系统离散状态方程为：其中：和分别为k，k-1时刻的状态预测值和状态估计值；Uk-1为k-1时刻的系统输入；Tk-1为k-1时刻对应的输入矩阵；Φk,k-1为状态转移矩阵；Gk-1为k-1时刻系统的噪声驱动矩阵；W(t)为噪声矩阵：系统的输入向量：Uk-1＝[vk-1ωk-1]T对应的输入矩阵：系统的噪声矩阵：其中：分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：高伟，史宏洋，刘博，杨建，于春阳，张丽丽，张亚，梁宏，兰海钰，夏建忠，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23