[发明专利]一种提高水面艇编队导航精度的信息滤波方法

说明书

技术领域

本发明属于导航技术领域，涉及一种水面艇编队的导航方法，具体涉及一种基于信息滤波的协同导航方法。

背景技术

随着开发海洋认识的加深，水面艇以其机动性强、成本低等优势成为研究热点。多无人艇的合作定位中，是利用无人艇之间的相对观测信息提高自身单独导航时的定位精度，这种优势在一组配备传感器不均的无人艇群中尤为明显，装备低精度的无人艇可以通过与高精度无人艇共享信息而提高其精度。当某些艇由于传感器或环境因素丧失独立导航能力时，协同导航可以在一定程度上恢复这些艇的导航能力。因此研究多水面艇的协同导航具有重要的理论价值和实际意义。

目前，对于多水面艇协同导航技术研究相对较少，常用的方法是结合具体的导航传感器采用各种改进的卡尔曼滤波方法进行数据融合，能够大大提高主节点的导航精度，在此基础上将主节点的高精度信息反馈给各个节点从而提高多平台的整体导航能力。但是它在应用上有其缺陷，在观测更新时要改变所有与观测状态相关状态的矩参数，使得计算量增大，通信复杂度较大。信息滤波作为一种新的滤波方法得到了越来越多的应用。若估计误差很大，则估计的均方误差阵的诸元都很大，均方误差阵求逆后的诸元就会很小，状态估计包含状态的信息就很少，所以P^-1可以看做衡量含有状态信息的定量衡量值。习惯上，将I＝P^-1称作信息矩阵。本发明将信息滤波应用于多艇的协同导航中。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，提高水面艇编队的导航定位精度，本发明提供了一种基于信息滤波的协同导航方法。其技术方案如下：

一种基于信息滤波的协同导航方法，包括以下步骤：

步骤一、建立坐标系

地理坐标系(下标为t)：OX_tY_tZ_t

地理坐标系表示载体所处位置的东北天坐标系，其原点选在载体重心处，X_t指向东，Y_t指向北，Z_t沿垂线方向指向天。

载体坐标系(下标为b)：OX_bY_bZ_b

载体坐标系固连在本身，其坐标原点O位于载体的重心处，X_b沿横轴指向右，Y_b沿纵轴指向前，Z_b垂直于OX_bY_b，并沿载体的竖直轴指向上。

步骤二、建立水面艇编队协同导航的运动模型。

记k时刻整个系统状态为X_k＝[x_k  y_k  ψ_k]^T，即横坐标、纵坐标和航向角。速度v在坐标系内，沿纵轴指向前，它在地理系的投影和航向角有关，在东向轴的投影为v·sinψ，在北向轴的投影为v·cosψ，则航迹推算的运动模型为：

建立基于单领航艇的协同导航数学模型，跟随艇运动方程可表示为：