[发明专利]一种大潜深AUV的定位基阵联合标校方法

说明书

一种大潜深AUV的定位基阵联合标校方法，属于AUV水下声学导航定位领域，本发明为解决大潜深自主水下机器人利用声学基元进校水下定位时基阵校准困难、校阵准确度低的问题。它包括：大潜深AUV下潜至指定深度后母船利用超短基线定位系统AUV位置进行修正；AUV按预置梳状扫测路径开始作业，同时探测水下声学定位基阵中基元的距离和方位信息；AUV利用强跟踪无迹卡尔曼滤波算法深度融合自身导航系统信息和水声定位基元的距离与方位信息，扫测作业完成水声基阵中各基元位置自主标校，并利用基元位置标校信息修正自身导航系统误差。本发明适用于AUV的长时序水声定位。

技术领域

本发明涉及一种大潜深AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主水下机器人)的定位基阵联合标校方法，属于AUV水下声学导航领域。

背景技术

随着人类对海洋资源的不断重视和进行不断地探索和开发，水下机器人领域得到了极大的发展，在水下机器人关键技术中，水下环境中机器人作业所需的定位技术是水下机器人发展的关键技术之一。在水下环境中，目前水下定位方式主要基于水声定位系统和惯性导航系统，水声定位系统作为一种重要的水下定位技术，目前主要以长基线、短基线和超短基线三种水声定位系统为代表，目前在水下机器人领域已经得到了广泛的应用。

在水下声学定位系统中，长基线水声定位系统在定位精度方面有更大的优势，在实际使用中，首先要布放多个水下基元构成基阵，基阵中基元之间的距离即基线长度通常在几百米到几千米，获取各个水下基阵的基元坐标后，基阵中各个基元测量水下机器人到各个基元之间的距离从而计算水下机器人位置。长基线水下声学定位系统具有明显的优势，但是在实际使用中，对长基线进行基阵标校时，尤其在深海环境中，由母船标校基阵中各个基元的位置相对较为困难，而且实际情况下标校精度也受到明显的影响。

发明内容

本发明目的是为了解决大潜深AUV(Autonomous Underwater Vehicle，自主水下机器人)利用声学基元进校水下定位时基阵校准困难、校阵准确度低的问题，本发明提供了一种大潜深AUV的定位基阵联合标校方法。

本发明所述一种大潜深AUV的定位基阵联合标校方法，它包括：

S1、水面母船依次布放水下声学定位基阵中的各个基元和AUV(AutonomousUnderwater Vehicle，自主水下机器人)，待AUV下潜至指定深度后，水面母船利用超短基线定位系统对AUV位置进行修正后撤离，AUV以该位置信息为原点建立北东地坐标系；

S2、AUV按预置梳状扫测路径开始作业，同时探测水下声学定位基阵中基元的距离和方位信息；

S3、AUV在S1所述深度处按照S2所述的路径进行运动，定义初始时刻状态量及其协方差矩阵P₀，所述初始时刻即0时刻；

S4、在k-1时刻利用强跟踪无迹卡尔曼滤波算法进行时间更新，计算k时刻的系统的先验状态量和协方差矩阵P_k|k-1；

S5、当AUV探测水下基元时：

如果未探测到基元，仅进行AUV速度和艏向的量测更新；

如果探测到状态量中所表示的第i个基元，则进行AUV速度、艏向和涉及第i个基元的量测更新；

如果探测到状态量中不存在的基元，计算该基元在此时AUV载体系XOY平面上的极坐标参数[ρ,θ]，将该基元位置信息扩增至状态向量中，并扩增协方差矩阵，同时进行AUV速度和艏向的量测更新；

S6、AUV探测到所有基元后，结束较阵作业。

优选的，S3所述初始时刻状态量为：