[发明专利]一种基于滑动观测的多AUV协同定位方法

说明书

本发明设计了一种基于滑动观测的多AUV协同定位方法。通过设计的一个宽度为N的自适应滑动窗口将最近的N个测距信息和主艇信息转换到当前时刻作为当前时刻的观测量，随着新观测量的到来，剔除窗口中最早的观测信息，同时采用中值滤波方法确定使用的基于最大相关熵算法中的核宽度，有效避免观测信息中异常值的影响，减小由于观测量中出现的连续的异常值导致的估计误差，提高协同定位系统的定位性能。

技术领域

本发明涉及自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)协同定位技术，更确切地说是一种基于滑动观测的多AUV协同定位方法。利用本发明设计的方法进行AUV的协同定位时，通过设计的一个宽度为N的自适应滑动窗口将最近的N个测距信息和主艇信息转换到当前时刻作为当前时刻的观测量，随着新观测量的到来，剔除窗口中最早的观测信息，同时采用中值滤波方法确定使用的基于最大相关熵算法中的核宽度，有效避免观测信息中异常值的影响，减小由于观测量中出现的连续的异常值导致的估计误差，提高协同定位系统的定位性能。

背景技术

AUV作为一种能够自主规划、自主决策、自主航行的无人智能平台，具有隐蔽性高、机动性强、活动范围广等优点被广泛应用于战区前沿或危险海域替代有人系统执行侦察监视、扫雷反潜、精确打击等特种作战任务，能够有效拓展海上作战集群的攻击和防卫半径。但是，单AUV工作平台在进一步对海洋资源进行开发利用的过程中，其局限性日渐显著。近年来，通过多个AUV之间的协作来提高单个AUV定位导航性能的研究引起了人们的注意，并逐渐成为AUV导航领域研究的一个热点。多AUV协同定位具有如下优势：1)多AUV系统能够充分利用各个AUV的性能以实现系统整体性能的提升；2)多AUV系统可扩展性高，系统内个别AUV的增减不会对系统定位性能造成较大影响；3)多AUV系统鲁棒性强；4)多AUV系统协同工作，能够完成单体无法完成的任务。

多AUV协同定位系统通常包含有1～2条携带有高精度导航设备的主艇，其余为配备较低精度导航设备的从艇。多个AUV之间只要可以直接或者间接的相对观测，比如测量自身与其他AUV之间的距离或方位，就可以利用其他AUV的定位状态来提高自身定位精度。

在实际的运行系统中，AUV间的观测量可能会出现连续的异常值，而这些异常值将会导致协同定位系统的定位误差增大。针对此类问题，本发明设计了一种基于滑动观测的多AUV协同定位方法。该算法通过一个宽度为N的滑动窗口将最近的N个测距信息和主艇信息转换到当前时刻作为当前时刻的观测量，随着新观测量的到来，将剔除窗口中最早的观测信息。同时采用中值滤波的方法确定使用的基于最大相关熵算法中的核宽度，避免异常值的影响。

发明内容

本发明的目的在于设计一种基于滑动观测的多AUV协同定位方法，在不改变惯性器件精度的前提下，通过一个宽度为N的滑动窗口将最近的N个测距信息和主艇信息转换到当前时刻作为当前时刻的观测量，随着新观测量的到来，将剔除窗口中最早的观测信息。同时采用中值滤波的方法确定使用的基于最大相关熵算法中的核宽度，避免异常值的影响，提高协同定位系统的定位精度。

本发明的目的可通过以下步骤实现：

步骤1：建立滑动观测窗口；

步骤2：利用中值滤波设计基于最大相关熵的协同定位算法中的核宽度；

步骤3：滑动窗口大小的自适应确定。

在步骤1中，建立的滑动观测窗口示意图如附图1所示，附图1中的Z包含主艇位置信息和主从艇距离信息，即前一个观测信息作为当前时刻的观测信息时需要将主艇位置信息进行平移，移动量为从艇在这期间的位置变化矢量，主艇位置平移示意图如附图2所示。

在具体实现时，可以每个时刻利用从艇的速度对滑动窗口中主艇的位置信息进行更新，表示成如下式所示：