[发明专利]一种无人艇组合定位定向方法和系统

说明书

本发明公开了一种无人艇组合定位定向方法和系统，根据无人艇使用环境和传感器性能特点，确定组合定位定向系统的配置，并建立组合定位定向系统融合策略；根据步骤组合定位定向系统融合策略，对激光雷达数据进行预处理；采用相对定位随机采样一致算法对预处理后的激光雷达数据进行解算，得到无人艇与障碍物之间的相对距离；通过观测矢量融合算法，解算得到无人艇的定位定向信息，并输出。本发明使无人艇具备自主绝对+相对定位定向的能力，能够解决无人艇布放回收过程中姿态、速度、位置以及相对位置确定问题，为自主无人艇航行提供高可靠高精度的导航信息，且配置和算法实现简单，运行可靠，精度较高，便于工程应用。

技术领域

本发明涉及无人艇控制技术领域，特别是一种无人艇组合定位定向方法和系统。

背景技术

水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle，USV)是无人驾驶技术的在水面环境中的重要应用，是一种能够在海洋、湖泊及河流等环境下进行自主航行并完成相应任务的平台。USV具有体积小，成本低，灵活自主等特点。与传统的船舶相比，由于USV非载人的特点，使得其能够适应海洋及其他水域的复杂多变环境，在一些人类不可达的场景中进行作业。同时相比于现有的静止水上无人设备，USV覆盖面积更广，实时性更强，能够在不同位置灵活作业。目前，USV被广泛应用于海洋战场环境信息收集、作战训练与打击、补给支援等军事领域以及海事搜救、环保监测、水文环境勘探、港口巡逻、海事追踪执法、渔业捕捞等民用领域。

无人水面艇面临的技术难点在于其快速、高效的自主路径规划能力。而优异的自主路径规划能力得益于无人水面艇对周围环境的精确、快速的自主感知，即对周边环境的认知，为路径规划绝对和相对导航提供支撑。可见导航定位是一切无人系统的基础。而无人水面艇存在布放回收过程，即存在室外和室内导航的需求。无人艇对环境的感知的原始信息来源于各种传感设备对环境中的信号捕获，其中传感设备包括红外雷达、超声波雷达、激光雷达、毫米波雷达以及视频传感设备等。

无人艇需要通过定位系统准确感知自身在全局环境中的绝对位置相对位置，以使无人艇看作一个质点与航行环境有机结合起来，而导航技术则能够保证无人艇清楚地知道自己所要行驶的速度、方向、路径以及与航行环境其他物体的相对位置等信息。因此实际应用中，需要通过信息融合技术实现定位与导航技术的组合，从而使环境信息与艇体信息融合成为一个系统性的整体。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无人艇组合定位定向方法和系统，使无人艇具备自主绝对+相对定位定向的能力，能够解决无人艇布放回收过程中姿态、速度、位置以及相对位置确定问题，为自主无人艇航行提供高可靠高精度的导航信息，且配置和算法实现简单，运行可靠，精度较高，便于工程应用。

本发明的技术解决方案是：

本发明公开了一种无人艇组合定位定向方法，包括：

步骤1，根据无人艇使用环境和传感器性能特点，确定基于MEMS+差分导航+多天线测姿+激光雷达多传感器信息的组合定位定向系统的配置；

步骤2，根据步骤1的配置结果，建立组合定位定向系统融合策略；

步骤3，根据步骤2建立的组合定位定向系统融合策略，对激光雷达数据进行预处理；

步骤4，根据步骤3输出的激光雷达数据预处理结果，采用相对定位随机采样一致算法，解算得到无人艇与障碍物之间的相对距离；

步骤5，根据步骤4输出的无人艇与障碍物之间的相对距离，通过观测矢量融合算法，解算得到无人艇的定位定向信息，并输出。

可选地，根据步骤2建立的组合定位定向系统融合策略，对激光雷达数据进行预处理，包括：

从激光雷达数据提取得到点云的球面坐标；