【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法
本專利技術(shù)是一種基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，屬于組合導(dǎo)航標(biāo)定技術(shù)，特別適用于水下組合導(dǎo)航領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
在水下組合導(dǎo)航領(lǐng)域中，SINS(即：捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng))憑借其高度自主性與抗干擾性應(yīng)用廣泛，但其誤差隨時間積累。USBL(即：超短基線定位系統(tǒng))具有簡便性、靈活性和高適應(yīng)性，特別是在GNSS(即：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))數(shù)據(jù)不可用時，可為水下航行器提供絕對位置信息?；赟INS/USBL的組合導(dǎo)航是未來水下組合導(dǎo)航的發(fā)展方向之一。在SINS/USBL系統(tǒng)中，安裝誤差角與桿臂誤差會影響定位精度，需對其進(jìn)行在線標(biāo)定。現(xiàn)有標(biāo)定技術(shù)采用迭代算法，計算復(fù)雜度較高，在復(fù)雜水下環(huán)境下適應(yīng)性與魯棒性較低，且無法同時估計應(yīng)答器位置、SINS/USBL桿臂、SINS/USBL安裝誤差角。針對以上情況亟需一種更有效的標(biāo)定方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的：為了提高標(biāo)定效率并增強(qiáng)標(biāo)定適應(yīng)性，本專利技術(shù)提出了一種基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法。技術(shù)方案：為實現(xiàn)本專利技術(shù)的目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：一種基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，該方法包括如下步驟：S1：以空間任意點為原點建立投影坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上建立慣性系統(tǒng)、超短基線定位系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、深度計各傳感器位置、姿態(tài)之間的矢量關(guān)系及方位表達(dá)，選定9維待估計參數(shù)為狀態(tài)量，構(gòu)建系統(tǒng)模型及觀測模型；S2：設(shè)置IMM中各模型的初始概率...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：/nS1：以空間任意點為原點建立投影坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上建立慣性系統(tǒng)、超短基線定位系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、深度計各傳感器位置、姿態(tài)之間的矢量關(guān)系及方位表達(dá)，選定9維待估計參數(shù)為狀態(tài)量，構(gòu)建系統(tǒng)模型及觀測模型；/nS2：設(shè)置IMM中各模型的初始概率并計算各濾波器的初始狀態(tài)及協(xié)方差矩陣；/nS3：對步驟S1中構(gòu)建的系統(tǒng)模型及觀測模型采用三個UKF分別進(jìn)行濾波，并利用貝葉斯假設(shè)檢驗方法進(jìn)行模型更新；/nS4：根據(jù)權(quán)重進(jìn)行輸出交互過程，輸出最終濾波結(jié)果。/n
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：
S1：以空間任意點為原點建立投影坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上建立慣性系統(tǒng)、超短基線定位系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、深度計各傳感器位置、姿態(tài)之間的矢量關(guān)系及方位表達(dá)，選定9維待估計參數(shù)為狀態(tài)量，構(gòu)建系統(tǒng)模型及觀測模型；
S2：設(shè)置IMM中各模型的初始概率并計算各濾波器的初始狀態(tài)及協(xié)方差矩陣；
S3：對步驟S1中構(gòu)建的系統(tǒng)模型及觀測模型采用三個UKF分別進(jìn)行濾波，并利用貝葉斯假設(shè)檢驗方法進(jìn)行模型更新；
S4：根據(jù)權(quán)重進(jìn)行輸出交互過程，輸出最終濾波結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括以下過程：
S1.1以空間任意點R為原點建立投影坐標(biāo)系，在此基礎(chǔ)上建立慣性系統(tǒng)、超短基線定位系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、深度計各傳感器位置、姿態(tài)之間的矢量關(guān)系及方位表達(dá)：
其中，為USBL斜率，分別為n0系下點R到應(yīng)答器的矢量在x，y，z方向分量，為n0系下點R到SINS/GNSS的矢量，Cij為矩陣i行j列元素，分別為b系下SINS/GNSS與USBL的桿臂誤差在x，y，z方向分量，υ1，υ2，υ3為對應(yīng)量測噪聲，為n0系到b系的旋轉(zhuǎn)矩陣，為USBL坐標(biāo)系下USBL到應(yīng)答器的矢量，φ為失準(zhǔn)角，(×)為叉乘，為b系下SINS/GNSS與USBL的桿臂誤差，為n0系下點R到應(yīng)答器的矢量，為深度計提供的高度信息，hSINS/GNSS為SINS/GNSS高度信息；
S1.2選定9維待估計參數(shù)為狀態(tài)量，構(gòu)建系統(tǒng)模型與觀測模型：
選定狀態(tài)向量為：
其中，Xk為當(dāng)前時刻狀態(tài)向量，分別為n0系下點R到應(yīng)答器的矢量在x，y，z方向分量，分別為b系下SINS/GNSS與USBL的桿臂誤差在x，y，z方向分量，φx，φy，φz分別為x，y，z方向的失準(zhǔn)角；
建立系統(tǒng)模型：
Xk＝Xk-1+Wk-1
其中，Xk為當(dāng)前時刻狀態(tài)向量，Xk-1為上一時刻狀態(tài)向量，Wk-1為過程噪聲；
選定USBL的斜率、傾斜角和來自深度計的高度信息為觀測向量，建立觀測模型：
其中，Zk為量測向量，為USBL斜率，為n0系到b系的旋轉(zhuǎn)矩陣，為n0系下點R到SINS/GNSS的矢量，為USBL坐標(biāo)系下USBL到應(yīng)答器的矢量，為深度計提供的高度信息，hSINS/GNSS為SINS/GNSS高度信息，Hk為量測函數(shù)，Xk為當(dāng)前時刻狀態(tài)向量，Vk為量測噪聲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括以下過程：
S2.1根據(jù)模型轉(zhuǎn)換概率遵循馬爾可夫過程，求模型預(yù)測概率：
其中，μi→j(k-1)為模型預(yù)測概率，Pi→j為P{mj(k)|mi(k-1)}的簡寫，代表從k-1時刻到k時刻，模型mi(k-1)到模型mj(k)的馬爾可夫轉(zhuǎn)移概率，一般采用預(yù)先設(shè)置的常數(shù)，μi(k-1)為模型mi(k-1)在k-1時刻的模型匹配概率；
S2.2給出各濾波器的初始狀態(tài)及協(xié)方差矩陣：
其中，為k-1時刻第j濾波器的初始狀態(tài)，POj(k-1)為k-1時刻第j濾波器的初始協(xié)方差矩陣，為k-1時刻第i濾波器的狀態(tài)估計，Pi(k-1)為k-1時刻第i濾波器的協(xié)方差矩陣，μi→j(k-1)為模型預(yù)測概率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IMM-UKF的慣性/超短基線多參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姚逸卿，侯嵐華，徐曉蘇，王迪，
申請(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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