[发明专利]一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法

权利要求书

1.一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)海底电缆探测机器人处于水面，通过北斗获取其位置信息；

(2)在深海中水层海域采用单信标声学原理及最大熵扩展卡尔曼滤波算法实现对海底电缆探测机器人的定位；

(3)考虑DVL测量速度噪声的影响，基于滤波器实现对DVL三轴速度的降噪处理；

(4)在海缆探测区域，基于DVL和单信标的混合定位方法，通过平均加权法提高海底电缆的定位精度。

2.根据权利要求1所述的一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，其特征在于，所述海底电缆探测机器人的位置信息为：

P_R,k＝[L_BDS λ_BDS h_BDS]

其中，P_R,k表示海底电缆探测机器人k时刻的位置，L_BDS表示北斗定位系统输出的经度、λ_BDS表示北斗定位系统输出的纬度、h_BDS表示北斗定位系统输出的高度。

3.根据权利要求1所述的一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：

状态一步预测：

其中，表示状态向量估计值；F_k-1表示非线性状态转移矩阵；A_k-1表示转移矩阵，表示如下：

x_k＝[L_D,k λ_D,k V_cx V_cy]

其中，ΔT表示单信标收发周期；L_D,k表示k时刻基于单信标的经度信息；λ_D,k表示k时刻基于单信标的纬度信息；V_cx表示x方向水流速度信息；V_cy表示y方向水流速度信息；

状态一步预测均方误差：

其中，P_k-1表示协方差矩阵；Q_k-1表示系统噪声方差阵；

计算残差向量：

其中，e_k表示k时刻的残差向量；z_k表示k时刻的量测向量；H_k表示k时刻的量测转移矩阵，具体表示如下：

计算权矩阵：

其中，σ表示核函数带宽；

基于最大熵的量测噪声方差阵：

计算扩展卡尔曼滤波增益：

其中，K_k表示k时刻的滤波增益；R_k表示k时刻的量测噪声方差阵；

状态估计计算：

状态估计均方误差计算：

P_k＝P_k-K_kH_kP_k|(k-1)。

4.根据权利要求1所述的一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：

分别把DVL输出的三个方向的速度信息：转换到频域；根据频率中噪声的分布范围自适应设置带通滤波器参数；通过带通滤波器完成对DVL三个方向速度信息的降噪处理。

5.根据权利要求1所述的一种基于DVL与单信标的深远海海底电缆定位方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：

在DVL速度信息的基础上计算水下机器人位置：

其中，L_DR，k表示k时刻基于DVL推算得到的经度信息；λ_DR，k表示k时刻基于DVL推算得到的纬度信息；h_DR，k表示k时刻基于DVL推算得到的高度信息；结合单信标计算信息，实现平均加权求和处理：

L_k＝0.5×L_D，k+0.5×L_DR，k

λ_k＝0.5×λ_D，k+0.5×λ_DR，k

h_k＝0.5×L_D，k+0.5×h_DR，k

其中，L_k表示水下海底电缆探测机器人k时刻的纬度信息；λ_k表示水下海底电缆探测机器人k时刻的经度信息；h_k表示水下海底电缆探测机器人k时刻的高度信息；最终的水下海底电缆探测机器人的三维位置信息为P_R，k＝[L_k λ_k h_k]。