考虑量测异常的集群式多深海潜航器的协同定位方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑量测异常的威力集群式多深海潜航器协同定位方法，在当地地理坐标系下建立了状态误差方程和考虑主从深海潜航器的相对距离测量信息异常的量测方程，为完成多深海潜航器协同定位提供数学模型。其次，根据多深海潜航器协同定位的特点以及Krein空间线性估计理论，引入乘性噪声和参数不确定性，在考虑量测异常的情况下设计了新形式Krein空间的协同导航的鲁棒后验滤波方程。同时，设计自适应算法对滤波器建模的参数不确定性进行在线估计和补偿，提高协同定位物理过程与所建数学模型的匹配度。最终实现威力集群多深海潜航器整体的高精度、高可靠性协同导航定位。位。位。

【技术实现步骤摘要】
考虑量测异常的集群式多深海潜航器的协同定位方法


[0001]本专利技术属于导航
，涉及了深海潜航器的导航定位方法，具体是一种考虑量测异常的集群式多深海潜航器的协同定位方法。

技术介绍

[0002]威力集群多深海潜航器协同工作系统具有探测范围广、容错能力强、工作效率高的特点，能够实现单体深海潜航器难以完成的多样化、复杂化水下任务。
[0003]多深海潜航器的协同定位技术与空中多无人机、陆地多机器人协同工作系统的协同定位技术相比有着一定的特殊性，存在着复杂环境干扰、传感器限制、通信技术等固有难点。因此多深海潜航器间的信息获取和交流只能靠超声波来完成。
[0004]但由于超声波距离传感器的信号相关特性，主从深海潜航器间的相对距离信息中往往含有乘性噪声，同时水下声波波速受海水温度、盐度变化影响，其不确定性会造成主从深海潜航器的相对距离建模中的参数存在不确定性。这两种情况统称为量测异常，会造成主从潜航器协同导航系统的定位精度降低，甚至于失效。
[0005]因此在海洋复杂的环境中，考虑量测异常情况下实现主从式深海潜航器的精准协同定位是目前多深海潜航器研究的一个热门方向。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术针对威力集群多深海潜航器在协同定位过程中容易出现量测异常情况，造成协同导航系统的精度和可靠性下降的问题，从而提供一种考虑量测异常的威力集群式多深海潜航器协同定位方法。
[0007]本专利技术通过设计新形式krein空间滤波器来有效解决量测中存在乘性噪声和参数不确定性时传统H∞滤波器难以建模的困难，降低滤波器的时空复杂度。同时，设计自适应算法对滤波器建模的参数不确定性进行在线估计和补偿，提高协同定位物理过程与所建数学模型的匹配度。最终实现威力集群多深海潜航器整体的高精度、高可靠性协同导航定位。
[0008]技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案，包括如下步骤：
[0009]S1：建立从深海潜航器在当地地理坐标系下的状态误差方程和考虑主从深海潜航器的相对距离测量信息异常的量测方程；
[0010]S2：根据多深海潜航器协同定位的特点以及Krein空间线性估计理论，引入乘性噪声和参数不确定性，在考虑量测异常的情况下设计新形式Krein空间的协同导航的鲁棒后验滤波方程；
[0011]S3：设计自适应算法对滤波器建模的参数不确定性进行在线估计和补偿，提高协同定位物理过程与所建数学模型的匹配度。
[0012]本专利技术进一步改进在于：
[0013]所述步骤S1具体包括如下步骤：
[0014]S1-1:考虑一个15维系统状态量的主从潜航器协同定位离散系统：
[0015][0016]其中，Δθ,Δφ,Δω表示从潜航器的姿态角误差，Δv
E
,Δv
N
,Δv
U
代表从潜航器的东北天向速度误差，ΔL,Δλ,Δh表示从潜航器的纬度、经度、高度误差，代表从潜航器中惯性加计的常值偏移，代表从潜航器中惯性陀螺仪的常值偏移；
[0017]从潜航器惯导系统在当地地理坐标系下的离散时间误差方程为：
[0018][0019]其中，为状态转移矩阵，X
k
∈R
n
是为状态量，k是滤波时刻，τ
s
是离散时间间隔，是从载体坐标系到导航坐标系的转换矩阵。且为捷联惯导系统连续时间误差方程中相应的系统矩阵；
[0020]S1-2:考虑主从深海潜航器的相对距离测量信息异常的量测方程为：
[0021][0022]其中，Z
k
∈R
m
是为外信息量，L
m
、λ
m
、h
m
为主深海潜航器的位置，L
s
、λ
s
、h
s
为从深海潜航器的位置，H
k
＝[Ο
3x6 I
3x3 Ο
3x6
]为量测矩阵，ΔH
k
为不确定参数阵，Γ为乘性噪声适配矩阵，v
1,k
、v
2,k
分别为互不相关的量测高斯白噪声。ΔR
λ
、ΔR
L
、ΔR
h
为主从深海潜航器的东向相对距离、北向相对距离、垂向相对距离；
[0023]由于水下声波波速V的不确定性问题，会导致主从深海潜航器间相对距离测量的不确定：
[0024][0025]其中，ΔV表示水下声波波速V的不确定，τ
L
、τ
λ
、τ
h
表示水下声波传输时间。
[0026]本专利技术进一步改进在于：所述步骤S2其具体如下：
[0027]S2-1：建立目标二次型
[0028]考虑乘性噪声和参数不确定性的情况下一个线性离散系统：
[0029][0030]其中，μ
k
为系统噪声，是服从零均值的高斯白噪声；Y
k
为估计矩阵；L
k
表示对系统状态变量的线性组合，通常为单位阵I；Γ为乘性噪声适配矩阵；ΔH
k
为不确定参数阵，并且使其满足：
[0031]ΔHX
k
＝AΔ
k
E
k
X
k
＝AΔ
k
S
k
＝Aξ
k
[0032]其中，Δ
k
是未知的不确定性矩阵，且矩阵A、E
k
为已知维度的适配矩阵，它描述了Δ
k
不确定性矩阵影响ΔH
k
不确定参数阵的过程；S
k
、ξ
k
为摄动参数，且有：
[0033]||ξ
k
||2≤||S
k
||2[0034]其中，||
·
||表示向量H2范数；
[0035]令v
1,k
X
k
＝η
k
，将以及引入传统能量约束SQC不等式，建立新型的鲁棒H∞系统的不确定性可用能量约束SQC不等式：
[0036][0037]其中，X0为系统初始状态量；P0为初始协方差；Q
k
、R
k
分别为系统状态噪声μ
k
和量测噪声v
2,k
的协方差阵；γ为H∞滤波器中的设计的阈值；表示状态量线性组合估计量Y
k
的误差；ε为一限定常数；
[0038]将能量约束SQC不等式转换为等价目标二次型：
[0039][0040]S2-2：建立新形式krein空间系统模型和滤波方程
[0041]考虑乘性噪声和参数不确定性的情况下建立新形式krein空间系统：
[0042][0043]其中，其中，
[0044]且具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑量测异常的威力集群式多深海潜航器协同定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立从深海潜航器在当地地理坐标系下的状态误差方程和考虑主从深海潜航器的相对距离测量信息异常的量测方程；S2：根据多深海潜航器协同定位的特点以及Krein空间线性估计理论，引入乘性噪声和参数不确定性，在考虑量测异常的情况下设计新形式Krein空间的协同导航的鲁棒后验滤波方程；S3：设计自适应算法对滤波器建模的参数不确定性进行在线估计和补偿，提高协同定位物理过程与所建数学模型的匹配度。2.如权利要求1所述的一种考虑量测异常的威力集群式多深海潜航器协同定位方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括如下步骤：S1-1:考虑一个15维系统状态量的主从潜航器协同定位离散系统：其中，Δθ,Δφ,Δω表示从潜航器的姿态角误差，Δv
E
,Δv
N
,Δv
U
代表从潜航器的东北天向速度误差，ΔL,Δλ,Δh表示从潜航器的纬度、经度、高度误差，代表从潜航器中惯性加计的常值偏移，代表从潜航器中惯性陀螺仪的常值偏移；从潜航器惯导系统在当地地理坐标系下的离散时间误差方程为：其中，为状态转移矩阵，X
k
∈R
n
是为状态量，k是滤波时刻，τ
s
是离散时间间隔，是从载体坐标系到导航坐标系的转换矩阵。且为捷联惯导系统连续时间误差方程中相应的系统矩阵；S1-2:考虑主从深海潜航器的相对距离测量信息异常的量测方程为：其中，Z
k
∈R
m
是为外信息量，L
m
、λ
m
、h
m
为主深海潜航器的位置，L
s
、λ
s
、h
s
为从深海潜航器的位置，H
k
＝[Ο
3x6 I
3x3 Ο
3x6
]为量测矩阵，ΔH
k
为不确定参数阵，Γ为乘性噪声适配矩阵，v
1,k
、v
2,k
分别为互不相关的量测高斯白噪声。ΔR
λ
、ΔR
L
、ΔR
h
为主从深海潜航器的东向相对距离、北向相对距离、垂向相对距离；由于水下声波波速V的不确定性问题，会导致主从深海潜航器间相对距离测量的不确定：
其中，ΔV表示水下声波波速V的不确定，τ
L
、τ
λ
、τ
h
表示水下声波传输时间。3.根据权利要求1所述的一种考虑量测异常的威力集群式多深海潜航器协同定位方法，其特征在于：所述步骤S2其具体如下：S2-1：建立目标二次型考虑乘性噪声和参数不确定性的情况下一个线性离散系统：其中，μ
k
为系统噪声，是服从零均值的高斯白噪声；Y
k
为估计矩阵；L<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈熙源，王俊玮，马振，方琳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：