[发明专利]一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法

说明书

本发明公开了一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法，涉及水下多潜器协同定位领域。本发明在距离测量的基础上引入方位测量作为补充，并基于复合测量信息，通过多潜器间的有机协同，在较少通信能耗的前提下，实现了各潜器的分布式数据融合，缓解了潜器惯性测量中累积误差、水下严苛环境等因素对潜器定位性能的影响，达到提升潜器定位精度的目的。

技术领域

本发明涉及水下多潜器协同定位领域，尤其涉及一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法。

背景技术

随着水下无人潜航器(简称潜器)技术与设备的不断发展，潜器逐渐在海洋各类应用中扮演着角色。通常，潜器在工作时均是以自身的位置已知为基础。然而，由于水下环境恶劣复杂且缺少GPS定位信号，潜器定位一直是亟需解决的难题。在现有的潜器定位方法中，通常是以提前在相关海域布放的锚节点作为定位时的位置参考来实现潜器的位置估计，典型的定位系统如长基线系统。然而，就我国现阶段海洋设备的布放情况而言，可用于潜器定位的锚节点呈稀疏特性，且覆盖范围有限。同时，恶劣的水下环境也时常会导致锚节点失效。因此，潜器需要经常在缺少锚节点的情况下进行定位。然而，由于惯性测量中累积误差的存在，锚节点的缺失会导致潜器定位误差无限增长。如何在锚节点缺失情况下提升潜器的定位精度是亟需研究和解决的问题。随着多潜器同时使用成为趋势，多潜器协同可以为在缺少锚节点辅助时的潜器定位提供更高的位置估计精度。尽管如此，由于缺少锚节点的辅助信息，不同潜器仅能依靠相互间有限的测量值进行位置估计。因此，充分挖掘多潜器间的可用测量信息并设计相应的协同定位方法是提升潜器定位精度的重要思路。

综上所述，本发明面向缺少锚节点的潜器作业场景，提出一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法。区别于以使用潜器间的相对距离测量为主的传统定位方法，本发明在距离测量的基础上引入到达角测量作为补充，并基于复合测量信息进行分布式协同数据融合，以达到提升定位精度的目的。

国内申请号为202210102709.7的名称为“一种集成超短基线系统的UUV集群协同定位方法”的专利提供了一种基于距离测量和超短基线系统的两级滤波方法，可用于提升主从式潜器集群的协同定位。国内申请号为202111610043.8的名称为“一种双主AUV切换的AUV集群大水深作业的协同导航定位方法”的专利提供了一种面向主从式潜器集群，通过主AUV定期上浮进行位置校正来提升从AUV定位精度的协同定位方法。国内申请号为202210213443.3的名称为“一种基于神经网络的分布式小平台水下纯方位定位方法”的专利提供了一种使用参考节点与待定位潜器间的方位信息的单潜器定位方法。上述方法虽均面向潜器定位问题，但都是单独使用相对距离或方位测量进行方法设计，且未具体考虑潜器惯性测量中累积误差对定位的影响。

所以现有技术，多数技术是面向存在锚节点辅助的环境下的潜器定位问题；多数技术单独使用不同的测量信息，对不同信息的复合使用较少。对于潜器惯性测量中的累积误差在潜器定位中的影响考虑不足，且未对其具体设计应对方案。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法。通过多潜器间的有机协同，实现各潜器的分布式数据融合，缓解潜器惯性测量中累积误差、水下严苛环境等因素对潜器定位性能的影响，达到提升潜器定位精度的目的。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何使用复合的距离与到达角测量来提升潜器的定位精度；如何有效使用多潜器间的分布式协同来提升多潜器的定位精度；如何设计潜器位置的预测和校正机制以缓解惯性测量中累积误差对协同定位的影响。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于距离与到达角复合测量的多潜器协同定位方法，包括以下步骤：

步骤1、各潜器在传感器校准和自身位置信息初始化后，开始水下航行；

步骤2、在航行时刻t＜T_thr时，各潜器仅使用惯性定位，其中，T_thr的取值取决于惯性测量设备的误差累积速度；