1.一种自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)建立主从式组合导航系统,由主AUV广播自身位置信息,根据声速和时延获得主AUV和从AUV之间的距离、航行速度信息,确定主AUV和从AUV之间的相对位置;
(2)基于自主水下航行器的深度数据建立主从式导航系统建立协同导航空间状态运动模型,所述协同导航空间状态运动模型以导航坐标系下位置信息、载体坐标系下的速度信息、三维姿态信息作为主从式组合导航系统的状态向量;
(3)在主AUV的位置信息下,基于扩展卡尔曼滤波协同定位模型和深度信息对从AUV进行位置纠偏。
2.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:步骤(2)依次选取导航坐标系下位置信息、三维姿态信息和载体坐标系下的速度信息作为系统的状态向量,得到主从式导航系统在tk时刻的状态向量的表达式如下:xk=[(pn)T ΘT (vb)T]T
=[x y z ψ θ φ u v w]T
由航位推算公式得到状态转移方程如下:
3.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:所述主从式协同定位方法中,系统的观测向量的表达式如下:zk=[(zdepth)T (zattitude)T (zvelocity)T (zrange)T]T =[z φ θ ψ u v w rMT … rMi]T。
4.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:步骤(2)在从AUV收到距离测量信息的情况下的测量方程如下:从AUV收到距离测量信息的情况下的测量方程如下:
式中,选取深度信息、姿态信息、载体速度信息以及从AUV之间的相对距离信息构成观测向量。
5.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:步骤(3)基于扩展卡尔曼滤波协同定位模型的纠偏过程具体如下:(31)定义AUV在tk时刻的二维运动方程为X(k)=[x(k),vx(k),y(k),vy(k)],分别标识AUV在定位坐标系下的X轴坐标位置,X轴方向速度,Y轴坐标位置,Y轴方向速度,设采样周期为T,则AUV在二维平面的运动模型表达式如下:所述运动模型的输入表达式如下:
vmx和vmy为AUV在k时刻的X轴与Y轴方向的速度量测值,Wx和Wy为零均值高斯白噪声;
(32)构建AUV协同定位量测模型,设定测速周期为Tvs,测距周期为TRs,设在有测距信息及测速信息的情况下,线性离散化后的量测方程如下所示:在目标的量测方程中,[x(k) y(k) z(k)]为从AUV在k时刻的坐标,主AUV在k时刻通过利用上述AUV的状态方程和量测方程,以及卡尔曼滤波的递推公式得到系统在任意速度周期时刻的状态信息及协方差更新;
(33)在一个卡尔曼滤波周期中,当系统未收到测距信息,根据测速信息进行滤波,推算位置;在收到测距信息后,利用测距信息及测速信息共同对从AUV位置进行修正,实现高速率输出目标位置。
6.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:所述方法中单领航协同定位具体过程如下:在每一个定位周期内,由主AUV进行发起定位,主AUV将自身的位置信息进行广播,当在主AUV通信范围内的从AUV收到信息后,所有AUV在入水前进行对时,保持时间同步,通过获取的时延和声速剖面得到主从AUV之间的距离,从AUV利用主AUV提供的位置信息、测距信息和自身的测速信息,通过滤波算法计算出自身位置并对位置更新。
7.根据权利要求1所述的自主水下航行器组合导航系统的主从式协同定位方法,其特征在于:所述方法中双领航协同定位具体过程如下:在每一个定位周期内,双领航AUV同时将自身位置信息进行广播,当在主AUV通信范围内的从AUV收到信息后,获得两个不同方位的测距信息,从AUV通过分别两个领航AUV的测距信息、位置信息,以及测距信息,通过滤波算法计算出自身位置并对位置更新。