分布式平台相对定位方法、装置、计算机设备和存储介质制造方法及图纸

本申请涉及一种分布式平台相对定位方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：在运动平台进入卫星导航拒止环境前，获取其IMU传感器的测量噪声，其UWB传感器测量其他运动平台时的测量噪声，其运动方程，以及其与其他运动平台的相对距离测量模型。分别对两项测量噪声进行Allan方差分析得到对应的测量噪声方差矩阵。在采用卡尔曼滤波算法更新动方程时将零协方差矩阵替换为对应的测量噪声方差矩阵，更新对距离测量模型时将测量误差矩阵替换为对应的测量噪声方差矩阵，根据更新结果得到运动平台位置。上述方法考虑了测量噪声的时间相关特性并滤除测量过程中的色噪声，能够提高获得的平台位置精度。得的平台位置精度。得的平台位置精度。

【技术实现步骤摘要】
分布式平台相对定位方法、装置、计算机设备和存储介质


[0001]本申请涉及无线电导航与定位
，特别是涉及一种分布式平台相对定位方法、装置、计算机设备和存储介质。

技术介绍

[0002]近年来分布式运动平台正逐渐在各个领域得到充分发展运用，如无人机蜂群、无人车系统等，这些系统已被证明比传统单平台具有更多优势。现有的分布式运动平台定位的实现方式主要依靠卫星导航和惯性导航部件（IMU），然而卫星导航在复杂地形环境下和干扰环境下，难以完成有效的定位与导航任务，而惯性导航则存在严重的误差累积问题。超宽带（UWB）传感器可以提供平台之间的相对测量获取相对距离和位置信息，其定位结果不存在累积误差，且具有定位精度高、抗多径效果好、功耗低、安全性高、系统复杂度低等优点。
[0003]目前基于IMU/UWB技术进行多运动平台相对距离估计和定位的常见实现方式如图1所示，具体是由运动平台搭载的UWB传感器接收其它平台发播的窄脉冲信号并计算两个平台之间的相对距离，利用扩展卡尔曼滤波算法融合IMU传感器测量值实现航迹递推与状态更新，最后通过平台之间的通信交互和潜在碰撞检测完成协同定位与导航。这一实现方式在基于扩展卡尔曼滤波的UWB/IMU融合算法未考虑实际应用中的测量色噪声，且没有对噪声参数进行实时分析和在线估计，导致相对导航定位精度受限。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对噪声参数进行实时分析和在线估计的分布式平台相对定位方法、装置、计算机设备和存储介质。
[0005]一种分布式平台相对定位方法，包括：在第一运动平台进入卫星导航拒止环境前，通过第一运动平台上的IMU传感器获取IMU测量噪声；以及，通过第一运动平台上的UWB传感器测量第二运动平台得到的UWB测量噪声。
[0006]分别对IMU测量噪声和UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵和UWB测量噪声方差矩阵。
[0007]在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程，运动方程中包括零协方差矩阵。
[0008]采用卡尔曼滤波算法对运动方程进行更新时，将零协方差矩阵替换为IMU测量噪声方差矩阵。
[0009]获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型，相对距离测量模型中包括测量误差矩阵。
[0010]采用卡尔曼滤波算法对相对距离测量模型进行更新时，将测量误差矩阵替换为UWB测量噪声方差矩阵。
[0011]根据运动方程的更新结果和相对距离测量模型的更新结果，得到第一运动平台的
状态更新结果。
[0012]根据状态更新结果，确定第一运动平台的位置。
[0013]其中一个实施例中，在对IMU测量噪声和UWB测量噪声进行Allan方差分析之前，还包括：分别将IMU测量噪声和UWB测量噪声以预设采样间隔划分为m组。
[0014]其中一个实施例中，对IMU测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵，包括：计算m组IMU测量噪声中每一组的IMU测量噪声平均值。
[0015]根据IMU测量噪声平均值，得到IMU测量噪声方差矩阵为：其中，，k表示当前时刻，和均表示IMU测量噪声平均值，取正整数，表示IMU测量噪声方差矩阵。
[0016]其中一个实施例中，对UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到UWB测量噪声方差矩阵，包括：计算m组UWB测量噪声中每一组的UWB测量噪声平均值。
[0017]根据UWB测量噪声平均值，得到UWB测量噪声方差矩阵为：其中，，k表示当前时刻，和均表示UWB测量噪声平均值，取正整数，表示UWB测量噪声方差矩阵。
[0018]其中一个实施例中，在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程，包括：在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程为：其中，k表示当前时刻，表示k时刻的状态量，状态量包括：位置量、惯性速度矢量以及偏航角。
[0019]表示k时刻的控制输入向量，表示均值为零、协方差矩阵为的高斯过程噪声。
[0020]其中一个实施例中，获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型，包括：获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型为：
其中，表示在k时刻的相对距离，表示第一运动平台在k时刻的状态量，表示对第二运动平台在k时刻的状态量，表示根据在k时刻的状态量计算得到的相对距离值，表示测量误差矩阵。
[0021]其中一个实施例中，根据状态更新结果，确定第一运动平台的位置之后，还包括：根据状态更新结果得到第一运动平台和第二运动平台的碰撞概率值，当碰撞概率值高于预设值时，对第一运动平台进行航迹调整。
[0022]一种分布式平台相对定位装置，其特征在于，所述装置包括：测量噪声获取模块，用于在第一运动平台进入卫星导航拒止环境前，通过第一运动平台上的IMU传感器获取IMU测量噪声；以及，通过第一运动平台上的UWB传感器测量第二运动平台得到的UWB测量噪声。方差分析模块，用于分别对IMU测量噪声和UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵和UWB测量噪声方差矩阵。
[0023]运动方程获取模块，用于在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程，运动方程中包括零协方差矩阵。
[0024]运动方程更新模块，用于采用卡尔曼滤波算法对运动方程进行更新时，将零协方差矩阵替换为IMU测量噪声方差矩阵。
[0025]相对距离测量模型获取模块，用于获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型，相对距离测量模型中包括测量误差矩阵。
[0026]相对距离测量模型更新模块，用于采用卡尔曼滤波算法对相对距离测量模型进行更新时，将测量误差矩阵替换为UWB测量噪声方差矩阵。
[0027]第一运动平台状态更新模块，用于根据运动方程的更新结果和相对距离测量模型的更新结果，得到第一运动平台的状态更新结果。
[0028]第一运动平台位置确定模块，用于根据状态更新结果，确定第一运动平台的位置。
[0029]一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：在第一运动平台进入卫星导航拒止环境前，通过第一运动平台上的IMU传感器获取IMU测量噪声；以及，通过第一运动平台上的UWB传感器测量第二运动平台得到的UWB测量噪声。
[0030]分别对IMU测量噪声和UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵和UWB测量噪声方差矩阵。
[0031]在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程，运动方程中包括零协方差矩阵。
[0032]采用卡尔曼滤波算法对运动方程进行更新时，将零协方差矩阵替换为IMU测量噪声方差矩阵。
[0033]获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型，相对距离测量模型中包括测量误差矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式平台相对定位方法，其特征在于，所述方法包括：在第一运动平台进入卫星导航拒止环境前，通过第一运动平台上的IMU传感器获取IMU测量噪声；以及，通过第一运动平台上的UWB传感器测量第二运动平台得到的UWB测量噪声；分别对所述IMU测量噪声和所述UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵和UWB测量噪声方差矩阵；在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程；所述运动方程中包括：零协方差矩阵；采用卡尔曼滤波算法对所述运动方程进行更新时，将所述零协方差矩阵替换为所述IMU测量噪声方差矩阵；获取第一运动平台和第二运动平台的相对距离测量模型；所述相对距离测量模型中包括：测量误差矩阵；采用卡尔曼滤波算法对所述相对距离测量模型进行更新时，将所述测量误差矩阵替换为所述UWB测量噪声方差矩阵；根据所述运动方程的更新结果和所述相对距离测量模型的更新结果，得到第一运动平台的状态更新结果；根据所述状态更新结果，确定第一运动平台的位置。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述IMU测量噪声和所述UWB测量噪声进行Allan方差分析之前，所述方法还包括：分别将所述IMU测量噪声和所述UWB测量噪声以预设采样间隔划分为m组。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述IMU测量噪声进行Allan方差分析，得到IMU测量噪声方差矩阵，包括：计算m组IMU测量噪声中每一组的IMU测量噪声平均值；根据所述IMU测量噪声平均值，得到IMU测量噪声方差矩阵为：其中，，k表示当前时刻，和均表示IMU测量噪声平均值，取正整数，表示IMU测量噪声方差矩阵。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述UWB测量噪声进行Allan方差分析，得到UWB测量噪声方差矩阵，包括：计算m组UWB测量噪声中每一组的UWB测量噪声平均值；根据所述UWB测量噪声平均值，得到UWB测量噪声方差矩阵为：其中，，k表示当前时刻，和均表示UWB测量噪声平均值，取正整数，表示UWB测量噪声方差矩阵。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一运动平台进入卫星导航拒止环境
时，获取第一运动平台的运动方程，包括：在第一运动平台进入卫星导航拒止环境时，获取第一运动平台的运动方程为：其中，表示k时刻的状态量，所述状态量包括：位置量、惯性速度矢量以及偏航角；表示k时刻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳晓凤，曾芳玲，潘继飞，吕大千，刘方正，谭龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：