单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法技术

本发明专利技术公开了一种单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法：步骤1，确定航行器运动的状态方程，依据状态方程得到预测方程；步骤2，在实际航行过程中，航行器对环境特征进行观测，得到观测量，同时对提前布置好的单水声信标进行测距观测，得到增广的观测量；步骤3，依据步骤2得到的增广的观测量对新观测到的路标进行数据关联，不断对特征地图和状态量进行更新，从而得到实时的定位导航结果。本发明专利技术利用单水声信标测距信息对水下同步定位与构图方法进行约束，减少系统噪声的影响，提高定位精度。

【技术实现步骤摘要】
单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法
本专利技术涉及同步定位与构图技术，特别涉及一种单水声信标测距辅助基于扩展卡尔曼滤波的水下同步定位与构图方法。
技术介绍
在当前的水下导航定位方法中，可供水下航行器使用的导航方式主要有非自主导航和自主导航两大类。非自主导航方式，如罗兰、欧米伽、GPS等，仅在接收机能够接收到导航信号时才能完成导航。罗兰、欧米伽相对于GPS导航精度要低。但是这些基于无线电的导航方式，由于电磁波在水中很快衰减的原因，在水下航行器上的使用受到很大限制。相对于电磁信号来说，声信号可以在水下传播距离较远，因此声换能器可以作为信标来引导载体的航行。目前采用的声学导航系统主要有长基线导航、短基线导航和超短基线导航三种形式。这三种形式都需事先在航行海域布放换能器或换能器阵，由于声学导航需要位置已知的信标，因此这种方式更加适用于科学研究及其他民用领域。地球物理导航方法目前主要有基于地磁的导航、基于重力场的导航和基于地形、地貌的导航三种方法，但进行这种导航时载体需要将测量到的数据与先验的测绘图或数据库进行匹配，不仅生成这些先验测绘图的成本与难度很大，而且随着空间维数的增加，寻找匹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定航行器运动的状态方程，依据状态方程得到预测方程；步骤2，在实际航行过程中，航行器对环境特征进行观测，得到观测量，同时对提前布置好的单水声信标进行测距观测，得到增广的观测量；步骤3，依据步骤2得到的增广的观测量对新观测到的路标进行数据关联，不断对特征地图和状态量进行更新，从而得到实时的定位导航结果。

【技术特征摘要】
1.一种单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定航行器运动的状态方程，依据状态方程得到预测方程；步骤2，在实际航行过程中，航行器对环境特征进行观测，得到观测量，同时对提前布置好的单水声信标进行测距观测，得到增广的观测量；步骤3，依据步骤2得到的增广的观测量对新观测到的路标进行数据关联，不断对特征地图和状态量进行更新，从而得到实时的定位导航结果。2.根据权利要求1所述的单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法，其特征在于，步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1，对侧扫声呐图像进行处理，进行特征提取，步骤1-1中提取的特征为点特征；步骤1-2，利用EKF-SLAM系统的模型进行预测，得到预测状态量和预测状态协方差：记水下航行器在各个时刻的状态为x1,x2,...,xk，其中k是离散的时间下标；在SLAM系统中，系统的状态为水下航行器的位置和方向，用式(1)来描述状态估计问题：其中，f(·)表示运动方程，u表示控制输入，w表示运动噪声，z表示观测数据，g(·)表示观测方程，n表示观测噪声；依据初始信息，得到状态的预测结果，即：式(2)表示系统的状态向量预测结果，即由k-1时刻的状态量预测得到k时刻的状态量，状态量由水下航行器的位置和方向构成，其中x_x(·)表示水下航行器在二维平面内的横坐标，x_y(·)表示水下航行器在二维平面内的纵坐标，φ(·)表示航向；得到状态协方差的预测结果，即：Pxx,k|k-1＝▽fPxx,k-1|k-1▽fT+Qk(3)式(3)中P表示状态协方差，▽f表示状态转换函数的雅克比矩阵，Qk表示噪声方差。3.根据权利要求1所述的单水声信标测距辅助的水下同步定位与构图方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵祺，常帅，付晓梅，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12