[发明专利]一种基于多点地形匹配定位的AUV航迹偏差估计方法

权利要求书

1.一种基于多点地形匹配定位的AUV航迹偏差估计方法，包括如下步骤：

(1)地形匹配定位的搜索区间估计；

(2)未知潮差和测量误差情况下的地形匹配定位；

(3)测量误差估计和定位置信区间估计；

(4)定位误差估计；

(5)多点地形匹配定位初航迹偏差估计；

(6)航迹关联与误定位点剔除；

(7)航迹二次拟合；

其特征是：

所述步骤(1)具体包括：

对于第n个地形匹配点，根据推算导航的输出位置Xⁿ＝(xⁿ,yⁿ)推算导航的估计误差Wⁿ＝(W^xn,W^yn)，推算导航给出的AUV的航行里程估计AUV推算导航系统给出的当前匹配点的推算导航偏差区间，即当前点的地形匹配定位的搜索区间

其中：xⁿ和yⁿ表示推算导航的位置，令Xⁿ＝(xⁿ,yⁿ)；

λ_x和λ_y表示导航偏差占载体的运行里程的百分比，由参导航系统的统计结果事先给出；

和表示载体在x方向和y方向的运行里程，由推算导航给出；

W^xn和W^yn表示推算导航的误差，由推算导航给出；

所述步骤(2)具体包括：

对于搜索区间内的每一个搜索点ij估计该点的先验地形与测量地形的高度偏差并估计高度偏差序列的均值和标准差设为潮差估计、为两次叠加的测量误差估计:

带入似然函数：

获得搜索点的似然函数值，则似然函数取值最大的位置就是地形匹配定位的位置：

Zⁿ表示第n个地形匹配定位点的测量地形；

h(X^sn)表示搜索点地形序列X^sn对应的地形插值高度序列；

所述步骤(3)具体包括：

根据步骤(2)得到的定位信息X^pn，得到定位点的地形面插值高度序列和地形的测量高度差序列Δh^pn：

Δh^pn＝Zⁿ-h(X^pn)

以及高度偏差的标准差：

s^pn＝std(Δh^pn)；

在获得误差估计和定位位置之后，对地形匹配定位的结果进行有效性检验，设地形测量误差服从高斯分布，则定位点位置的高度偏差Δh^pn服从统计分布：

得到χ²(N-1)的置信度为α的分位点

由每一个搜索点的似然函数和χ²(N-1)的置信度为α的分位点值，得到最小容许的似然函数值L_-(x^pn)：

式中：

L_-(x^pn)表示定点的似然函数值在置信度为α时能到达的下界，这个下界就是一个截平面，每一个定位点的似然函数L(x^pn)与这个截平面的交线构成了一个等值线，等值线包围的区域就是定位的置信区间C^pn；

所述步骤(4)具体包括：

地形匹配定位的误差估计，首先计算定位点测量地形的Fisher信息量Iⁿ，由于地形的信息量沿x和y的正向和负方向不同，分别用和表示正向和负向，

采用双线性插值得到测量节点在先验地形图中的插值

其中：(x₁,y₁)(x₂,y₂)(x₃,y₃)(x₄,y₄)分别表示插值点所在的地形网格内，左下角为1号点顺时针排列的四个地形节点；

由于定位误差等于信息矩阵的逆进一步简化：

式中：

由此得到了定位点在x₊和y₊方向的定位误差

同理计算

由此得到了定位点在x_-和y_-方向的定位误差

以x_-和x₊的大值作为x的定位误差，以y_-和y₊的大值作为y的定位误差，得到最终的定位误差为：

所述步骤(5)具体包括：

根据地形匹配定位的位置X^pn＝(x^pn,y^pn)和参考导航位置(xⁿ,yⁿ)，利用加权最小二乘估计得到(Δx,Δy)的估计结果Δx和Δy为推算导航航线的固有偏移；

式中，λ^xn，λ^yn表示对第i定位结果在x和y方向的加权，且满足加权系数λ^xn，λ^yn按如下方法进行求取，

从而得到当前时刻的定位位置：

所述步骤(6)具体包括：

根据步骤(3)得到的地形匹配定位的有效区间构建的地形匹配定位的有效检验条件如下：

式中：Xⁿ表示经过地形匹配定位修正后地形匹配定位点在推算导航航线上的位置；

所述步骤(7)具体包括：

如果在步骤(6)中有无效的定位点，就将该定位点剔除；如果剔除了定位点，则重新计算各个定位点的权重，对航迹进行再一次的拟合计算，

且为有效

最后就得到最终的航线偏移量