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一種提高基于mems陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于微機(jī)電系統(tǒng)陀螺誤差快速補(bǔ)償?shù)奶岣呋贛EMS陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法。本發(fā)明包括：建立正向?yàn)V波模型；存儲(chǔ)正向?yàn)V波數(shù)據(jù)；逆向?yàn)V波系統(tǒng)模型建立；建立逆向?yàn)V波量測(cè)模型；利用建立的系統(tǒng)模型和量測(cè)模型；正向?yàn)V波。本發(fā)明將MEMS陀螺測(cè)量航向的誤差也擴(kuò)充成為了狀態(tài)向量，使得濾波過程中能夠更有效地補(bǔ)償MEMS陀螺的誤差。逆向?yàn)V波在協(xié)同導(dǎo)航模型中操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，只需要改變速度v的符號(hào)并反向利用正向?yàn)V波時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，包括從艇航推得到的位置和主從艇的距離。由于逆向?yàn)V波可以反復(fù)利用一小段已經(jīng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，不需要采集更多的數(shù)據(jù)，從而顯著提高了濾波估計(jì)的速度，而計(jì)算機(jī)計(jì)算速度較快。
【專利說明】—種提高基于MEMS陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanicalsystem, MEMS)陀螺誤差快速補(bǔ)償?shù)奶岣呋贛EMS陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人水面艇是一種在水面行駛，可以由人進(jìn)行遙控操作或者自主操作的水面船艇。隨著對(duì)海洋開發(fā)認(rèn)識(shí)的加深，無人水面艇以其機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)。多無人艇的協(xié)同導(dǎo)航是利用系統(tǒng)中主艇的高精度導(dǎo)航信息，通過一定的信息交換，實(shí)現(xiàn)艇間導(dǎo)航資源的共享，使裝備低精度導(dǎo)航設(shè)備的從艇可以提高自身的導(dǎo)航精度。因此研究無人水面艇的協(xié)同導(dǎo)航具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
[0003]GPS雖然能提供精確的位置信息，并能定時(shí)校正從艇慣導(dǎo)誤差，但容易受到地理?xiàng)l件和人為干擾。與之相比，運(yùn)用發(fā)送時(shí)間同步的水聲數(shù)據(jù)可以算出主從艇的相對(duì)距離，這一信息可以協(xié)助從艇進(jìn)行導(dǎo)航定位。從艇上運(yùn)用由擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)融合測(cè)得的距離和位置信息估計(jì)來減小估計(jì)誤差。
[0004]近年來，MEMS陀螺作為慣性領(lǐng)域一個(gè)十分重要的分支，獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于其成本低、尺寸小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在低成本慣性系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用，在協(xié)同導(dǎo)航中可以作為從艇慣性導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行裝備。受MEMS陀螺目前精度較低的限制，在使用前，必須要建立合理的漂移誤差模型，從而對(duì)陀螺誤差進(jìn)行估算和補(bǔ)償。為了解決陀螺誤差的可觀測(cè)性問題，可以先估計(jì)陀螺初始航向偏差，再估計(jì)陀螺漂移。采用逆向?yàn)V波方法來估計(jì)陀螺誤差能大大縮短估計(jì)時(shí)間，提高定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種反向利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向?yàn)V波，來縮短MEME系統(tǒng)誤差的估計(jì)時(shí)間，進(jìn)而提高協(xié)同導(dǎo)航定位精度的提高基于MEMS陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]( I)建立正向?yàn)V波模型:
[0008]從艇上的水聲通信模塊接收主艇發(fā)來的信息，通過水聲信號(hào)發(fā)送和接收的時(shí)間差乘以聲速計(jì)算主從艇的距離作為觀測(cè)量，利用多普勒測(cè)速儀測(cè)量的速度和MEMS陀螺測(cè)出的航向，通過擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì)從艇的位置和MEMS陀螺的誤差
[0009]狀態(tài)一步預(yù)測(cè)方程為:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種提高基于MEMS陀螺的無人艇協(xié)同導(dǎo)航定位精度的方法，其特征在于: (1)建立正向?yàn)V波模型 從艇上的水聲通信模塊接收主艇發(fā)來的信息，通過水聲信號(hào)發(fā)送和接收的時(shí)間差乘以聲速計(jì)算主從艇的距離作為觀測(cè)量，利用多普勒測(cè)速儀測(cè)量的速度和MEMS陀螺測(cè)出的航向，通過擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì)從艇的位置和MEMS陀螺的誤差狀態(tài)一步預(yù)測(cè)方程為:
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK103968842SQ201410216171
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】徐博, 金辰, 劉楊, 董海波, 邱立民, 賀浩, 高偉, 白金磊, 單為 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)