基于改进的无迹卡尔曼滤波长基线定位算法研究 被引量：1

1

作者 侯华 王曹 +1 位作者 杨沛钊 曹俊俊 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第9期314-318,376,共6页

在复杂的水环境中,自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)运用声学导航系统实现自主导航并确保精确定位。针对水声环境中由于外部噪声带来的定位精度损失问题,提出一种改进的无迹卡尔曼滤波(Adapt Unscented Kalman Filte... 在复杂的水环境中,自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)运用声学导航系统实现自主导航并确保精确定位。针对水声环境中由于外部噪声带来的定位精度损失问题,提出一种改进的无迹卡尔曼滤波(Adapt Unscented Kalman Filter, AUKF)长基线定位算法。该算法在无迹卡尔曼算法(UKF)的基础上引入遗忘因子,充分利用新的测量数据动态调整测量协方差矩阵和过程协方差矩阵,有效避免因长期运行带来的累计误差。实验结果显示,当AUV沿两种不同轨迹运行时,AUKF算法的均方根误差最低,分别为2.901 1、19.221 5。该算法定位精度高,适用于长时间工作的高精度水下定位。 展开更多

关键词 AUV 长基线定位 自适应无迹卡尔曼滤波

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基于等效虚拟长基线定位模型的水下组合导航算法 被引量：1

2

作者 张舸 伊国兴 +2 位作者 魏振楠 谢阳光 祁子洋 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期1069-1077,共9页

针对声源式长基线(LBL)定位系统中信标测距信息不同步接收而引发的动态定位误差问题,提出了一种基于等效虚拟长基线(EVLBL)定位模型的组合导航算法。首先,建立并分析了在自主水下航行器(AUV)运动状态下的声源式LBL系统定位误差模型。然... 针对声源式长基线(LBL)定位系统中信标测距信息不同步接收而引发的动态定位误差问题,提出了一种基于等效虚拟长基线(EVLBL)定位模型的组合导航算法。首先,建立并分析了在自主水下航行器(AUV)运动状态下的声源式LBL系统定位误差模型。然后,在此基础上设计了EVLBL模型,利用各信标定位信号接收时间间隔内AUV的航位推算增量,对信标位置进行等效平移进而构造虚拟信标阵。最后,设计了一种基于罗经、多普勒测速仪、深度计以及虚拟信标阵的组合导航算法。仿真结果表明,相较于传统LBL算法,所提组合导航算法在东向和北向的定位误差分别由1.41 m和1.39 m降低至0.13 m和0.14 m。 展开更多

关键词 组合导航 卡尔曼滤波 长基线定位 虚拟信标阵

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应答器未校准情况下的水下长基线定位方法研究 被引量：9

3

作者 高剑 徐德民 +2 位作者 严卫生 李俊 张福斌 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期754-758,共5页

针对应答器未校准情况下的水下长基线定位问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波的同步定位与地图创建方法。应用随机地图技术,将自主水下航行器的位置坐标和应答器的位置坐标组成增广状态矢量,以到应答器的距离为测量值,用无迹卡尔曼滤波进行... 针对应答器未校准情况下的水下长基线定位问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波的同步定位与地图创建方法。应用随机地图技术,将自主水下航行器的位置坐标和应答器的位置坐标组成增广状态矢量,以到应答器的距离为测量值,用无迹卡尔曼滤波进行求解。该方法是一种实时在线算法,充分利用了速度和航向信息,克服了非线性方程方法存在的状态矢量维数高、求解易发散的问题,并且对水下航行器的运动方式没有约束。仿真结果表明,它能够抑制航位推算法定位的累积误差,提供水下长期的、误差有界的定位信息。 展开更多

关键词 自主水下航行器 长基线定位 同步定位 地图创建 无迹卡尔曼滤波 随机地图

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超短基线定位系统融合分类解模糊技术研究 被引量：7

4

作者 王燕 李晴 +1 位作者 付进 梁国龙 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1348-1354,共7页

针对超短基线水声定位系统面临的相位差模糊问题,该文提出一种基于多分类器融合的定位解模糊算法。首先构建多分类器系统,将解模糊问题转化为对模糊数进行分类识别的问题,并采用Choquet积分对各分类器结果进行融合,得到模糊数所属类别,... 针对超短基线水声定位系统面临的相位差模糊问题,该文提出一种基于多分类器融合的定位解模糊算法。首先构建多分类器系统,将解模糊问题转化为对模糊数进行分类识别的问题,并采用Choquet积分对各分类器结果进行融合,得到模糊数所属类别,进而对目标进行定位。给出了目标位置的无模糊观测条件。该算法优点是无需构造小于半波长间距的阵列,有效扩大了无模糊阵列孔径,而且由于充分利用了相位差观测数据的统计特性,定位精度可接近克拉美-罗界。仿真结果验证了该算法的有效性。 展开更多

关键词 超短基线定位 相位差模糊 多分类器融合 模糊积分

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超短基线定位系统安装误差校准技术研究 被引量：14

5

作者 郑翠娥 孙大军 +1 位作者 张殿伦 李想 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第8期171-173,共3页

超短基线定位系统由于基阵尺寸小、安装方便,在海洋开发中得到了广泛的应用。高精度超短基线定位系统的安装误差影响不可忽视,需要在使用前进行精确校准,同时在深海使用条件下,声线修正是必需的。提出了一种基于最小二乘的结合声线修正... 超短基线定位系统由于基阵尺寸小、安装方便,在海洋开发中得到了广泛的应用。高精度超短基线定位系统的安装误差影响不可忽视,需要在使用前进行精确校准,同时在深海使用条件下,声线修正是必需的。提出了一种基于最小二乘的结合声线修正的超短基线定位系统安装误差校准方法,该方法性能稳定、计算量小,湖上和海上试验验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 超短基线定位系统 安装误差校准 最小二乘 声线修正

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UUV水下回收中的视觉和短基线定位融合 被引量：4

6

作者 黎南 湛鑫 +1 位作者 陈涛 严浙平 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期156-161,共6页

为了使UUV在水下坞舱回收过程中利用视觉和短基线(short baseline-SBL)进行导引定位,提出了一种视觉和短基线的自适应融合定位方法,以提高导引定位的精度.介绍了短基线定位和视觉定位2种定位系统及其工作原理,以及定位数据的野值剔除和... 为了使UUV在水下坞舱回收过程中利用视觉和短基线(short baseline-SBL)进行导引定位,提出了一种视觉和短基线的自适应融合定位方法,以提高导引定位的精度.介绍了短基线定位和视觉定位2种定位系统及其工作原理,以及定位数据的野值剔除和去噪方法.野值剔除采用了一种基于数据变化率的自适应在线野值剔除方法,数据去噪采用了软阈值小波滤波方法.针对传统卡尔曼滤波进行数据融合时先验知识不足的缺点,提出了一种基于模糊逻辑的在线自适应卡尔曼滤波融合方法.通过获取的实时测量数据,实时调整噪声的协方差矩阵来融合2种定位数据.水下回收水池试验结果表明,定位传感器的绝大部分野值被剔除且去噪效果明显,视觉和短基线融合后的定位精度有很大提高,证明了所提方法的有效性. 展开更多

关键词 UUV 水下回收 视觉定位 短基线定位 数据融合

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一种水下体目标高精度长基线定位方法 被引量：3

7

作者 孙大军 李宗晏 郑翠娥 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期592-599,共8页

水下体目标几何尺度大、运动姿态未知等因素,会导致传统长基线定位模型失配。该文针对此问题,通过体目标姿态、位置联合估计,消除模型误差,实现体目标几何中心的归算,得到了一种水下体目标的长基线高精度定位方法。理论分析及数值仿真... 水下体目标几何尺度大、运动姿态未知等因素,会导致传统长基线定位模型失配。该文针对此问题,通过体目标姿态、位置联合估计,消除模型误差,实现体目标几何中心的归算,得到了一种水下体目标的长基线高精度定位方法。理论分析及数值仿真结果表明,体目标半径大尺度下模型误差不可忽略,在体目标半径5 m,测距精度0.2 m的条件下,较传统长基线定位方法,将垂直定位精度从32 m提升至0.5 m,实现亚米级精度定位。 展开更多

关键词 长基线定位 体目标 模型误差

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高精度超短基线定位系统的实现 被引量：15

8

作者 李想 张殿伦 +1 位作者 孙大军 郑翠娥 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2007年第24期176-178,199,共4页

超短基线定位系统在海洋开发中具有广泛的应用,与其它基线相比,基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,需要研制高精度长程超短基线定位系统,论述了系统的... 超短基线定位系统在海洋开发中具有广泛的应用,与其它基线相比,基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,需要研制高精度长程超短基线定位系统,论述了系统的组成及设计,并通过改进基阵阵形、降低接收机噪声等方面提高系统定位精度。 展开更多

关键词 超短基线系统设计定位精度

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基于并行蚁群算法的长基线定位方法 被引量：1

9

作者 张海如 汪俊 王海斌 《应用声学》 CSCD 北大核心 2019年第5期845-850,共6页

为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结... 为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结果表明,该方法具有收敛速度快、解稳定和定位精度高等优点,能有效地降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响。 展开更多

关键词 长基线声学定位 导航定位 非线性优化 并行蚁群算法

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水下定位精度优化的AUV航路规划方法

10

作者 井中武 张昊楠 +2 位作者 刘冰 饶炜 阮福明 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第1期111-118,共8页

针对水声定位任务背景下,自主水下航行器的路径规划未充分考虑定位精度需求,导致定位精度较差的问题,本文提出了一种基于改进人工势场法的路径规划方法。通过建立视线力,使目标保持在声呐的视线范围内,并建立定位精度势场,以优化定位精... 针对水声定位任务背景下,自主水下航行器的路径规划未充分考虑定位精度需求,导致定位精度较差的问题,本文提出了一种基于改进人工势场法的路径规划方法。通过建立视线力,使目标保持在声呐的视线范围内,并建立定位精度势场,以优化定位精度。该方法与传统的引力场和斥力场相结合,同时具备避障能力,实现了对于定位精度与自主避障能力的兼顾。湖试试验结果验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 路径规划 自主水下航行器 水声定位 人工势场法 长基线定位 定位精度 时延差 声信标

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基于重复广义互相关时延估计的超短基线水声定位算法 被引量：10

11

作者 徐晓苏 孙晓俊 +1 位作者 张涛 童金武 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期66-71,共6页

针对在超短基线水声定位中,传统时延估计算法抗噪声性能差的问题,提出了一种基于重复广义互相关时延估计的超短基线水声定位算法。通过对两个源信号的其中一个增加一次自相关后,再对这两个源信号进行合适的加权广义互相关,之后对反傅里... 针对在超短基线水声定位中,传统时延估计算法抗噪声性能差的问题,提出了一种基于重复广义互相关时延估计的超短基线水声定位算法。通过对两个源信号的其中一个增加一次自相关后,再对这两个源信号进行合适的加权广义互相关,之后对反傅里叶变换后得到的广义互相序列进行峰值检测,最终得到时延。通过半物理实验,比较经典的互相关算法和重复广义互相关算法发现,在相同环境中,新提出的算法时延估计误差为0.0112 s,相对于经典算法的0.0209 s,能够提高46.4%。基于重复广义互相关的超短基线定位算法仿真实验,表明X轴定位精度提高97.1%,Y轴定位精度提高96.3%。 展开更多

关键词 二次相关 超短基线定位 广义互相关 水声定位

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一种适用于水下垂向运动目标的长基线水声定位方法 被引量：5

12

作者 张旭 孙翱 +1 位作者 韩旭 辛健 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期629-637,共9页

水下垂向运动航行体具有速度快、历时短、工况复杂等特点,其运动轨迹的高精度测量一直是工程上的瓶颈问题.针对此类工况提出了一种有合作目标条件下的长基线水声定位测量方法,测量模型基于多元测距体制建立,以合作声信标的性能为约束条... 水下垂向运动航行体具有速度快、历时短、工况复杂等特点,其运动轨迹的高精度测量一直是工程上的瓶颈问题.针对此类工况提出了一种有合作目标条件下的长基线水声定位测量方法,测量模型基于多元测距体制建立,以合作声信标的性能为约束条件,通过一阶展开将非线性方程组的最优估计问题转化为超定线性方程组的最小二乘估计问题,并采用牛顿迭代法进行数值求解.通过仿真分析得出了多个共面海底阵元和单个海面浮体阵元构成的测量阵的误差分布规律,并对有限区域内三种典型阵元构型方案进行了比对.计算结果表明,测量阵水平方向定位精度明显优于垂直方向,6元阵,8元阵和15元阵在阵内水平方向标准差量级分别为0.5m,0.3m和0.2m,垂直方向标准差量级分别为3.5m,1.5m和1.0m,阵外水平方向标准差优于0.3m区域相对于阵内区域的比值约为0.3~1.9,阵外垂直方向标准差优于1.5m区域相对于阵内区域的比值约为0.2~1.1.理论分析和仿真结果表明,该方法能够有效建立复杂工况下测试区域精度分布对基阵构型、数量变化的响应关系,可为相关测量系统的设计和测试方案的制定提供参考.从测试需要和工程实现两方面因素考虑,三种阵元构型中呈"XX"型分布的8元阵是一种相对合理的方案. 展开更多

关键词 长基线定位 水下垂向运动目标 测量阵 精度分析

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超短基线水声定位系统相位差解模糊算法研究 被引量：3

13

作者 王燕 李晴 +2 位作者 张光普 梁国龙 马世龙 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2787-2794,共8页

基于窄带信号的超短基线水声定位系统通常面临相位差模糊与定位精度之间的矛盾.针对信号频率较高时难以构造传统解模糊方法所需的小于信号半波长阵元间距的问题,提出了一种基于广义最大似然准则的相位差解模糊算法.该算法通过模糊数向... 基于窄带信号的超短基线水声定位系统通常面临相位差模糊与定位精度之间的矛盾.针对信号频率较高时难以构造传统解模糊方法所需的小于信号半波长阵元间距的问题,提出了一种基于广义最大似然准则的相位差解模糊算法.该算法通过模糊数向量初始化将解模糊问题转化为多元复合假设检验问题,并采用广义最大似然准则判决,进而估计信号方向.该算法无需构造小于半波长的阵元间距,有效扩大了无模糊阵列孔径,且对阵元布放方式要求较低;充分利用了相位差观测数据的统计特性,测向精度接近克拉美-罗界.仿真结果验证了该算法的有效性. 展开更多

关键词 相位差模糊 测向 多元复合假设检验 超短基线定位

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未知声速下长基线系统定位修正算法 被引量：3

14

作者 黄健 严胜刚 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期366-372,共7页

在长基线水下声学定位系统中,由声速不确定引起的误差是影响其定位精度的主要因素.通过设置声信号在目标和不同水听器之间以不同的声速传播,给出了一种声速未知情况下的长基线系统定位修正算法.首先,利用长基线系统中的冗余信息建立了... 在长基线水下声学定位系统中,由声速不确定引起的误差是影响其定位精度的主要因素.通过设置声信号在目标和不同水听器之间以不同的声速传播,给出了一种声速未知情况下的长基线系统定位修正算法.首先,利用长基线系统中的冗余信息建立了多参数优化函数来估计有效声速.其次,选择粒子群算法来解算优化函数,得到目标与不同水听器之间的有效声速.最后,由得到的有效声速来对目标进行定位.仿真结果表明,与传统算法相比,基于粒子群优化的算法可以有效提高长基线定位系统的定位精度. 展开更多

关键词 长基线定位系统 粒子群优化算法 有效声速 声速修正

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利用数据融合改进超短基线系统定位精度 被引量：3

15

作者 黄健 严胜刚 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2018年第7期1-4,共4页

超短基线定位系统是一种常用的水下声学定位设备,其定位精度有限,且基阵阵型的设计对目标的定位精度存在影响。本文提出了一种利用数据融合改进超短基线系统定位精度的方法。系统仅经过一次测量,通过各基本阵列构型对目标进行初步定位,... 超短基线定位系统是一种常用的水下声学定位设备,其定位精度有限,且基阵阵型的设计对目标的定位精度存在影响。本文提出了一种利用数据融合改进超短基线系统定位精度的方法。系统仅经过一次测量,通过各基本阵列构型对目标进行初步定位,再将定位结果进行有效的数据融合,得到最终的结果。仿真试验表明,本文提出的方法可以有效地提高低信噪比情况下超短基线定位系统的可靠性和定位精度。 展开更多

关键词 数据融合 超短基线定位系统 平面五元十字阵

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一种适用于长基线水声定位系统的声线修正方法 被引量：45

16

作者 王燕 梁国龙 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 2002年第5期32-34,共3页

在水声定位系统中,由于水下沿深度方向存在声速梯度,致使声线发生弯曲.为保证较高的定位精度,必须进行声线修正.提出了一种适用于长基线水声定位系统声线修正的迭代方法,所作的湖上试验研究表明,用此方法进行声线修正效果明显.此方法原... 在水声定位系统中,由于水下沿深度方向存在声速梯度,致使声线发生弯曲.为保证较高的定位精度,必须进行声线修正.提出了一种适用于长基线水声定位系统声线修正的迭代方法,所作的湖上试验研究表明,用此方法进行声线修正效果明显.此方法原则上可适用于其他类型定位系统. 展开更多

关键词 修正方法 长基线水声定位系统 声线修正 迭代算法 定位精度

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长基线水声定位系统中一种迭代声速修正算法 被引量：11

17

作者 张明磊 黄敏燕 冯海泓 《声学技术》 CSCD 2010年第3期253-257,共5页

长基线水下目标定位算法主要根据几何原理进行定位,目前常用的解算方法是根据几何原理列出方程组,直接对方程组进行解算得到目标位置的近似解。通过对长基线定位算法方程组的几何分析,选取不同几何交汇点作为目标近似解,比较各目标近似... 长基线水下目标定位算法主要根据几何原理进行定位,目前常用的解算方法是根据几何原理列出方程组,直接对方程组进行解算得到目标位置的近似解。通过对长基线定位算法方程组的几何分析,选取不同几何交汇点作为目标近似解,比较各目标近似解的定位精度并找到最优解;同时依据解算算法及其几何关系,提出一种迭代声速修正算法,不但提高了同步工作方式下阵内目标点的定位精度,而且算法复杂度低,实现简单。最后,通过仿真分析验证了此算法的有效性。 展开更多

关键词 长基线水声定位系统 声速修正 迭代算法

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RTKLIB支持下的基线相对定位研究 被引量：2

18

作者 邹进贵 程志新 张小溪 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2022年第S02期11-14,28,共5页

本文结合某大型调水工程,以基线相对定位为研究对象,对GNSS数据进行分析,并基于RTKLIB的后处理模块,通过试验不同的解算策略,得出最优解算策略。试验结果表明:(1)BDS与GPS数据的质量都表现良好。数据完整率可达80%,多路径误差最大为0.6... 本文结合某大型调水工程,以基线相对定位为研究对象,对GNSS数据进行分析,并基于RTKLIB的后处理模块,通过试验不同的解算策略,得出最优解算策略。试验结果表明:(1)BDS与GPS数据的质量都表现良好。数据完整率可达80%,多路径误差最大为0.6 m,信噪比均值在40 dBHz以上。(2)当基线长度小于20 km时,采用最佳解算策略可将定位精度稳定在毫米级。 展开更多

关键词 基线相对定位 RTKLIB 最佳解算策略

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基于向量投影的立体阵定位算法

19

作者 孙大军 蔡珩 +1 位作者 郑翠娥 程驰宇 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期31-40,共10页

传统适配立体阵型的超短基线定位算法计算量大、定位误差难以通过解析式精确表征。针对这些问题,该文提出基于向量投影的立体阵定位算法,从向量投影的角度构建立体阵中各基线向量与目标方位之间的观测方程,实现对传统算法定位模型的简... 传统适配立体阵型的超短基线定位算法计算量大、定位误差难以通过解析式精确表征。针对这些问题,该文提出基于向量投影的立体阵定位算法,从向量投影的角度构建立体阵中各基线向量与目标方位之间的观测方程,实现对传统算法定位模型的简化。该文算法通过求解线性方程组即可实现对目标方位的估计,时间复杂度远小于传统算法。此外,基于该文算法简洁的观测方程,给出了适配立体阵的定位误差精确解析表征。仿真结果表明,该文算法消耗的运算时间远小于传统算法,且定位误差变化规律与基于理论解析式得到的结论相符。湖试试验结果表明,该文算法的定位精度与传统算法几乎一致,且计算效率更高。 展开更多

关键词 超短基线定位 立体阵 向量投影

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单平台水下定位系统设计与实现

20

作者 胡武清 贾云飞 +1 位作者 杨玉全 肖凯文 《电子测量技术》 北大核心 2024年第14期178-185,共8页

为了解决在水下未爆实验弹体的回收工作中,LBL定位系统常表现出效率低下且耗时较长,而USBL系统则存在定位精度不足等问题,设计了一种高效的单信标水下定位系统。该系统由两部分组成:一部分为超声波信标,该装置与实验用的水下炮弹同步发... 为了解决在水下未爆实验弹体的回收工作中,LBL定位系统常表现出效率低下且耗时较长,而USBL系统则存在定位精度不足等问题,设计了一种高效的单信标水下定位系统。该系统由两部分组成:一部分为超声波信标,该装置与实验用的水下炮弹同步发射至水下;另一部分为超声波接收模块,该模块装配于UUV上,负责检测来自信标的超声波信号。通过UUV在其预定的航行轨迹上多次截获超声波信标发出的信号,并记录对应的时间戳数据。利用这些时间戳数据,结合VLBL定位技术,系统能够计算出未爆弹体的精确三维坐标。经过一系列实验测试,证明这一单信标水下定位系统能够在湖泊环境中定位50米范围内的未爆实验弹,并且定位精度可达到分米级。本项技术的成功开发不仅提升了水下未爆弹药的探测效率和安全性,也为其他海洋工程作业、水下考古以及海底资源勘探提供了一种新的高精度定位手段。 展开更多

关键词 超声波 虚拟长基线定位 水下未爆炸弹药 水下潜航器

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