[发明专利]一种基于UWB定位的无人艇位置航向测定方法

说明书

本发明公开了一种基于UWB定位的无人艇位置航向测定方法，现有技术无法实现无人艇定位与航向测定的同期同时测量，而且也很难兼顾定位的测量范围与测量精度。本发明如下：1、建立定位基站坐标系；2、开启第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站、船头定位主机和船尾定位主机。3、获取六个距离时间序列。4、对步骤3所得的六个距离时间序列值进行混合滤波。5、计算船头定位主机坐标(x_h,y_h)和船尾定位主机坐标(x_t,y_t)。6、计算无人艇的航向数据θ。本发明涉及的基于无人艇位置测量与航向测量系统采用了船坞与无人艇之间坐标系变换方法与公式，在无人艇中心位置的基础上实时计算无人艇的航向数据。

技术领域

本发明属于基于无线通信的海面定位技术领域，具体涉及一种基于长距离UWB测距技术的无人艇定位与航向测定的方法。

背景技术

无人艇作为海上智能体的代表，以其自主能动性和智能性等特点广泛应用于军事侦查、科研考察、环境监测等方面，无人艇可替代人力去完成海上复杂而又危险的任务。相比其他舰艇，无人艇具有小型、机动灵活、易潜匿等特点，可以有效打击目标，掩护船只撤离，特定范围巡逻巡视，侦查监视敌军动向。面对海上恶劣环境的救援场景，中大型船只行动有所不便，无人艇可以到达大船无法靠近的救援区域，依靠自身携带的救援设备快速对目标进行救援。无人艇定位技术主要分为卫星定位、惯性导航定位、超声波定位和激光定位技术等。卫星定位技术是一种使用多个轨道卫星对移动设备准确定位的技术，但是定位精度在米数量级附近。惯性导航定位技术是利用敏感元件测量载体在惯性空间的线运动和角运动参数，根据已知的初始条件，通过牛顿力学等原理融合成定位数据的技术，但是这种方法存在着严重的数据偏移问题。超声波定位是一种利用超声波的物理特性进行测距的定位方式，但是无线通信距离较近，不适合范围较大的海面场景。激光雷达定位技术是一种利用激光穿透性和反射性来实现对远端物体定位的技术，精度虽然高但是不能有遮挡，非视距环境下无法使用。除此之外，卫星定位、惯性导航定位、超声波定位和激光定位技术等四种方法中也只有惯性导航定位方法能测量无人艇的航向，其余几种都无法实时测得无人艇的航向数据。

表1.无人艇6定位技术比较

上述方法能够在一定范围下满足无人艇的定位需求，但是无法实现无人艇定位与航向测定的同期同时测量，而且也很难兼顾定位的测量范围与测量精度。经检索，2016年8月 24日公开的公开号CN105898698A为的发明专利“一种基于UWB的船舶停泊辅助方法和系统”，虽然其采用了利用UWB超宽带定位技术实现船舶靠泊辅助方法和系统，但是只提出了获取码头和船舶的轮廓、船舶到码头的距离、角度和相对速度，但是无法根据此公开的发明专利清晰获取如何获取船舶的航向计算公式，只是笼统地提出了一个定位模型，而且也没有提出针对海面波浪环境的数据处理方法。本发明创新地利用了长距离UWB测距方式实现无人艇的位置测量及航向测量，提出了一种用于无人艇6航向测量的方法以及针对该环境的数据滤波处理方法，实现了无人艇相对于船坞坐标系位置的精确测量，同时还可以实现获取无人艇的实时航向数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UWB定位的无人艇航向测定方法。

本发明一种基于UWB定位的无人艇位置航向测定方法，包括如下步骤：

步骤1、在船坞上设置第一定位基站、第二定位基站和第三定位基站；在无人艇的头端和尾端分别设置船头定位主机和船尾定位主机。各定位主机和各定位基站均采用UWB测距模块。建立定位基站坐标系，第一定位基站、第二定位基站、第三定位基站的坐标分别为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)；船头定位主机、船尾定位主的坐标分别为(x_h,y_h)，(x_t,y_t)。