[发明专利]一种无人艇安全航行船位推算方法

摘要

本发明提供的是一种无人艇安全航行船位推算方法。步骤一，获取无人艇数据；步骤二，利用最小二乘法多项式拟合原理对获取的原始数据进行滤波，消除野值；步骤三，进行强跟踪卡尔曼滤波；步骤四，从GPS信号丢失时刻的位置开始，根据该点的航行速度、航行方向和航行时间对下一时刻的位置信息进行推算。本发明能够实现对无人艇获取的数据信息进行基于最小二乘法的数据预处理；能够实现无人艇在GPS信号丢失的情况下，采用基于强跟踪卡尔曼滤波的船位推算方法对下一时刻位置信息进行推测。本发明的方法可以对危险进行规避，具有实用性。

主权项

1.一种无人艇安全航行船位推算方法，其特征是：/n步骤一，获取无人艇数据，具体包括：利用姿态传感器测量船的航向、回转率、纵摇、横摇、垂向加速度；利用位置参考系统测量无人艇的位置；利用风传感器测量风速和风向；/n步骤二，利用最小二乘法多项式拟合方法对获取的原始数据进行滤波，消除野值，包括：消除由于仪器的自噪声以及姿态、位置传感器的误差，消除海面上的风浪对无人艇的航行的影响使得获取的数据中包含的异常数据和随机误差；/n步骤三，进行强跟踪卡尔曼滤波；/n步骤四，从GPS信号丢失时刻的位置开始，根据该点的航行速度、航行方向和航行时间对下一时刻的位置信息进行推算；/n所述消除野值的具体步骤为：/n①对已知的测量数据(x_i,y_i)，i＝1,2,...,n，选取合适的次数n进行最小二乘多项式拟合；/n其中x_i为海流测量时间，y_i为海流速度大小；/n②求出系数矩阵α₀,α₁,…,α_n，得到拟合多项式/n③通过求得的多项式推算出相对应的拟合值p_i，i＝1,2,...,n；/n④将求出的拟合值与实际值做差，生成拟合残差序列y＝p_i-y_j，j＝1,2,...n，/n⑤计算拟合残差序列的均方误差σ：/n /n⑥用3σ准则判断并剔除野值,剔除野值后的数据为y_j，j＝1,2,...,m,m≤n：/n /n所述强跟踪卡尔曼滤波的滤波器具有如下一般结构:/n /n其中k——采样时刻/nY(k+1)——为滤波器的量测值；/nV(k+1)——为估计残差；/nK(k+1)——为时变增益阵；/n通过引入渐消因子λ(k+1)来实现强跟踪滤波器的特性；/n所述根据该点的航行速度、航行方向和航行时间对下一时刻的位置信息进行推算具体包括：/n设已知起始位置已知，无人艇根据无人艇的运动参数经过系统的采样时间，计算得到无人艇下一时刻的位置，起始位置用(x₀,y₀)表示，通过GPS得到在t_n时刻的位置用(x_n,y_n)来表示，则无人艇载体航行速度在正东方向和正北方向的分量如下：/n /n通过下式得到：/n /n式中v_E、v_N——分别为载体航行速度在正东方向和正北方向的分量；/nv_x、v_y——分别为DVL测得的载体相对大地的前向速度和左向速度；/nψ_i——无人艇载体的航向角,顺时针为正，逆时针为负，可由罗经测得；/nΔx,Δy——分别表示在时刻t_i-1和t_i单位时间内无人艇分别在X轴和Y轴方向上的位移差；/nT——船位推算的时间间隔；/n利用强跟踪卡尔曼滤波后：/n /n则状态方程为：/n /n