[发明专利]一种基于M估计的AUV组合导航方法及系统

说明书

本发明专利公开一种基于M估计的AUV组合导航方法及系统，提出一种基于广义极大似然估计(M估计)的滤波算法，在系统量测噪声为非高斯分布，特别是混合高斯分布(高斯附近对称干扰)条件下，应用M‑估计算法，通过影响函数与权值函数对量测残差与状态预测残差进行加权，减小量测异常峰值给导航系统带来的影响。并将该算法应用于SINS/USBL组合导航系统中，在水声传感器由于多径效应产生的非高斯量测噪声、量测异常的条件下，对比标准卡尔曼滤波算法与M估计滤波算法，后者的位置、速度误差精度相对于前者均有显著提高且混合高斯模型受污染越严重的情况下，基于M估计滤波的SINS/USBL组合导航系统滤波效果越明显，鲁棒性、抗干扰性能相对更好。

技术领域

本发明涉及一种基于M估计的AUV组合导航方法及系统，属于组合导航技 术领域。

背景技术

水下潜航器(AUV)作为开发探索海洋资源的设备，多种多样的水下潜航器 替代潜水员进行水下资源探索和深海作业等工作。获取水下潜航器准确的位置信 息是水下潜航器执行作业的基础保障。现阶段，恶劣水下环境中的高精度导航定 位技术俨然已成为自主水下潜航器发展所不得不面对的难题。

单一传感器不能准确提供载体的导航定位参数，组合导航系统采用两个或两 个以上优势互补的传感器，达到比任何单一传感器都好的导航效果。现阶段，水 下载体导航定位任务采用组合导航的方式，可以有效的满足深海潜航器的探索及 高难度作业过程。基于所需载体精度要求，我们选择将性能各异的传感器组合， 从而提高水下潜航器导航定位系统的精度与鲁棒性。

具有代表性的捷联惯导/全球导航定位系统(Global Positioning System,GPS)的组合导航技术已经发展成熟，是载体导航定位的首选。在海洋环境下，由于 GPS在部分海域内存在接收不满四颗以上卫星信号以及电磁波在水下传播能量 衰减严重等因素，使得GPS不能一直满足水中载体导航定位的条件。而声波在 水下传播衰减很小，传播距离更远，可以用于水下信息传递。有“水下GPS”美誉 的超短基线定位系统(Ultra-Short Baseline,USBL)逐渐受到越来越多学者的关注， 基于水声定位的USBL凭借着其使用简易、灵活，定位精度较高，渐渐成为研究 水下载体导航定位种倍受青睐的测距传感器。

标准卡尔曼滤波是组合导航系统中量测噪声服从高斯分布情况的最优解，但 是，在AUV在水下作业时，异常杂波会对量测信息产生很大影响，并且在很多 时候噪声呈现厚尾分布特性，势必造成状态估计精度下降，严重的情况下可能会 造成协同导航算法定位误差发散。

发明内容

本发明的目的是为了：针对上述问题，提出一种基于M估计的AUV组合导 航方法及系统，在系统量测噪声为非高斯分布，特别是混合高斯分布(高斯附近 对称干扰)条件下，该方法可以提高AUV组合导航滤波效果。

本发明包括以下几个步骤：

一种基于M估计的AUV组合导航方法，包括以下几个步骤：

步骤一：建立SINS/USBL组合导航模型；

步骤二：对组合导航模型的量测方程进行重构；

步骤三：根据重构后的量测方程，对组合导航模型中的状态变量X求解，获 得X的最优估计值；

步骤四：根据步骤三得到的X最优估计值进行校正，从而实现AUV组合导 航定位。

进一步的，建立SINS/USBL组合导航模型，具体为：