【技术实现步骤摘要】
一种水下机器人多源声学信息融合精确导航方法
[0001]本专利技术属于水下智能机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)水下导航领域,具体涉及的是一种水下机器人多源声学信息融合精确导航方法。
技术介绍
[0002]水下智能机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)已经成为高分辨率深海地形测绘的重要工具,但是AUV绘制的水深图的精度取决于AUV导航系统误差。惯性导航系统、长基线声学定位系统、超短基线声学定位系统和地球物理导航系统都以为AUV深海作业提供导航信息。然而,即使有多普勒速度计程仪和姿态航向参考系统等昂贵设备的补充,惯性导航系统的导航误差也会随着时间的推移而无限增长。长基线声学定位系统产生的定位结果可以达到几厘米的精度,但是在深海中为长基线声学定位系统布设耗时耗力。超短基线声学定位系统的定位精度取决于水深,其定位误差大约为母船与AUV之间的0.5%,因此不适合深海导航。地球物理导航系统,如地形辅助导航系统和地磁导航系统,可以提供有界的位置误差,但精确、高分辨率、大范围的先验水深或地磁图获取极为困难。
[0003]近年来,海底地形同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)和信标SLAM都已成为一种AUV深海精确导航的有效手段。然而,地形匹配过程检测到的数据关联仍然是海底SLAM导航误差约束的唯一依据。只有当AUV重新回溯之前访问过的位置时,才能生成准确的数据关联,但在深海作业任务 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种水下机器人多源声学信息融合精确导航方法,其特征是:包括以下步骤:步骤1:AUV在航行过程中通过多波束声纳连续获取海底地形信息,并同其通讯范围内信标通过水声学手段进行距离观测,信标初始位置未知,AUV在i时刻与第k个信标之间的距离观测结果表示为执行步骤2。步骤2:AUV在i时刻获得1个与第k个信标的距离观测结果后,通过能观性方程判断该距离观测值是否有效,具体而言,若AUV运动满足υ
i
y
i cosθ
i
‑
ω
i
x
i sinθ
i
≠0(其中x
i
、y
i
分别为AUV在i时刻的东向、北向位置,υ
i
和ω
i
分别表示AUV在i时刻的航速和转艏角速度,θ
i
为AUV在i时刻的航速),则该距离观测值有效并执行步骤3,否则,该距离观测值无效并执行步骤5;若AUV在i时刻未获得与信标距离的观测,执行步骤5。步骤3:如果AUV获得关于同一个信标的50次未完成离群点判别的距离观测,则通过概率图划分方法去除观测值中的离群点并执行步骤4,否则执行步骤5。步骤4:针对任一信标,若存在4个以上对其与AUV之间距离的有效观测且该信标初始位置未确定,对其位置进行初始化并执行步骤5,否则直接执行步骤5。步骤5:通过海底地形匹配手段,在当前时刻和所有历史时刻地形测绘结果间构建数据关联,假设检测到当前i时刻与历史时刻中的j时刻海底地形相似,构建数据关联l
n
:其中,v
b
(n)为第n个数据关联的地形匹配定位噪声,满足高斯分布N(0,Q
b
(n))。如果成功获取新的数据关联或者获得了AUV与信标间新的有效距离测量,执行步骤6,否则执行步骤1。步骤6:根据与信标间的距离观测结果和地形匹配获得的数据关联结果,进行AUV导航误差修正并准确估计各信标位置。2.根据权利要求1所述的一种水下机器人多源声学信息融合精确导航方法,其特征是:步骤3具体为:以第k个信标为例,步骤3具体步骤包括:步骤3.1:对50个观测结果两两...
【专利技术属性】
技术研发人员:马腾,李晔,张强,姜言清,丛正,凌宇,马东,牛伯城,
申请(专利权)人:哈尔滨工程大学,
类型:发明
国别省市:
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