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考虑通信延迟的多自治水下航行器协同定位算法

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控制理论与应用 2020年第9期37卷 2061-2072页

作者：卢健陈旭罗毛欣杨腾飞西安工程大学电子信息学院陕西西安710048

自治水下航行器(AUV)协同定位中通信延迟具有常态性.面对延迟到达的信息,传统方法一般会有定位精度或实时性的损失.针对通信延迟的不利影响,本文在建立水声探测和通信时延模型的基础上,以扩展卡尔曼滤波(EKF)为算法框架,提出了信息顺序... 详细信息

自治水下航行器(AUV)协同定位中通信延迟具有常态性.面对延迟到达的信息,传统方法一般会有定位精度或实时性的损失.针对通信延迟的不利影响,本文在建立水声探测和通信时延模型的基础上,以扩展卡尔曼滤波(EKF)为算法框架,提出了信息顺序到达和信息出序到达2种协同定位算法,并以建构面向信息出序情景的算法为主要创新工作.在信息顺序到达算法中,将延迟信息进行序贯处理以减小定位误差.在信息出序到达算法中,以信息出现一步滞后的延迟为背景,使用出序信息直接对从AUV最新状态估计进行再更新,信息无损地实时估计运动状态.计算机仿真实验结果表明,本文算法相比于传统的航位推算、整周期滤波、量测丢弃等方法,具有更高的估计精度;相比于数据缓存滤波、重新滤波等方法,具有强实时性.

关键词：自治水下航行器协同定位通信延迟扩展卡尔曼滤波误差计算机仿真

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主被动协同定位空能资源优化配置方法

西安电子科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 29-38页

作者：吕佩霞赵越李赞白豆郝本建西安电子科技大学通信工程学院陕西西安 710071 西安电子科技大学空天地一体化综合业务网全国重点实验室陕西西安 710071

无人机的快速发展为当今社会带来巨大便利,但其潜在的滥用现象对公共安全构成严重威胁,因此面向无人机的监测与定位技术近年来得到广泛研究.针对远距低飞无人机难以准确定位的应用问题,提出以无源为主、有源为辅的主被动协同定位框架,... 详细信息

无人机的快速发展为当今社会带来巨大便利,但其潜在的滥用现象对公共安全构成严重威胁,因此面向无人机的监测与定位技术近年来得到广泛研究.针对远距低飞无人机难以准确定位的应用问题,提出以无源为主、有源为辅的主被动协同定位框架,在基于到达时间差实现无源被动定位的基础上,引入支持往返到达时间测量的有源主动探测设备,择机对无人机进行主动式定位,补偿无源定位缺失的目标高程信息,从而提升无人机的三维定位精度.为充分挖掘主被动的协同定位潜力,文中深入探究无源被动定位节点预先部署的情况下,有源主动定位节点的空域和能域资源的配置方式,推导了主被动协同定位框架下的定位精度衡量指标,构建了空能资源联合优化问题,提出了基于非线性收敛因子和记忆指导的改进灰狼优化的空能资源优化算法.仿真结果表明,针对无人机定位时,主被动协同定位效果优于无源被动定位,典型场景下高程定位精度显著提升约 96.33%.此外,所提的空能资源优化算法在求解空能资源联合优化问题时,性能优于标准(传统)灰狼算法、改进灰狼算法等.

关键词：协同定位到达时间差往返到达时间改进灰狼优化联合优化

来源：博看期刊评论

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基于因子图协同定位辅助的单星定位方法

系统工程与电子技术 2017年第5期39卷 1085-1090页

作者：唐成凯张玲玲廉保旺西北工业大学电子信息学院陕西西安710072 西北工业大学航海学院陕西西安710072

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同... 详细信息

在诸如行星探测,战争损毁等导航星座拒止环境下,单星定位系统可以快速部署为目标提供定位支持,但单星定位系统较大的定轨误差导致定位误差较大。针对上述问题,提出了一种基于因子图协同定位辅助的单星定位方法。首先,通过多组卫星不同时刻的伪距差值构建定位双曲面为定位目标提供连续定位并减小卫星和接收机钟差的影响;其次,利用多个定位目标之间的高精度测距信息建立协作因子图,并利用该协作因子图辅助单星定位系统的定位结果,从而提高定位精度。将所提出的单星定位方法与现有的多普勒单星定位方法和径向加速度单星定位方法从卫星定轨误差、测距误差和定位误差3方面进行对比。仿真结果表明,所提出方法的定位误差仅为其他两种方法的1%~10%。

关键词：单星定位协同定位因子图伪距差值

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协同定位中的坐标配准策略研究

智能系统学报 2021年第3期16卷 459-465页

作者：范英盛齐小刚刘立芳西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710071 浙江警察学院公共基础部浙江杭州310053 西安电子科技大学计算机学院陕西西安710071

坐标配准是协同定位的重要组成部分,一个合理的坐标配准体系可以体现协同定位算法的性能,否则可能会放大定位算法的误差。本文详细比较了基于最小二乘(least square,LS)与基于普氏分析(Procrustes analysis,PA)的配准方法的设计思想、... 详细信息

坐标配准是协同定位的重要组成部分,一个合理的坐标配准体系可以体现协同定位算法的性能,否则可能会放大定位算法的误差。本文详细比较了基于最小二乘(least square,LS)与基于普氏分析(Procrustes analysis,PA)的配准方法的设计思想、适用条件,并给出了基于普氏分析的坐标配准算法的详细步骤。利用协同定位算法(经典MDS和Levenberg–Marquardt算法)得到的实验数据,详细分析了锚节点数量、测距误差、网络节点平均连通度对配准精度的影响。实验表明,在2D和3D环境中,基于普氏分析的配准算法,其配准精度和稳定性都优于最小二乘法,配准误差降低约为20%。

关键词：协同定位定位算法坐标配准最小二乘法普氏分析锚节点平均连通度测距误差

一种基于加权多维标度分析的多个非相关源TDOA/FDOA协同定位方法

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航空学报 2023年第7期44卷 222-245页

作者：王鼎尹洁昕张欣光郑娜娥中国人民解放军战略支援部队信息工程大学信息系统工程学院郑州450001 国家数字交换系统工程技术研究中心郑州450002 北京航天长征飞行器研究所北京100076 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学数据与目标工程学院郑州450001

时/频差定位是针对运动辐射源的一类重要无线定位体制,其定位精度受时/频差观测误差和传感器模型(包括位置和速度)先验观测误差的影响较大。为了提高在大观测误差条件下的定位性能,提出一种基于加权多维标度分析的多个非相关源TDOA/FDO... 详细信息

时/频差定位是针对运动辐射源的一类重要无线定位体制,其定位精度受时/频差观测误差和传感器模型(包括位置和速度)先验观测误差的影响较大。为了提高在大观测误差条件下的定位性能,提出一种基于加权多维标度分析的多个非相关源TDOA/FDOA协同定位方法。新方法包含2个计算阶段:阶段a利用2组多维标度分析中的标量积矩阵形成定位关系式,并进而构造加权矩阵以获得多个非相关源以及各传感器位置和速度的估计值;阶段b利用多维标度分析中引入的中间变量构建阶段a估计误差的约束优化模型,由此获得阶段a估计误差的估计值,并利用其更新阶段a的估计结果。通过一阶误差分析证明,所提方法对辐射源与传感器位置和速度的估计精度均能渐近逼近相应的克拉美罗界(CRB)。仿真实验结果验证了所提方法相比于其他时/频差定位方法的优越性。

关键词：辐射源定位协同定位到达时间差(TDOA) 到达频率差(FDOA) 加权多维标度分析理论性能分析

稀疏基站条件下基于迭代卡尔曼滤波的协同定位方法

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控制理论与应用 2023年第12期40卷 2209-2216页

作者：杨金一郭妍江鹏飞国防科技大学智能科学学院湖南长沙410072

近年来,多无人平台协同定位应用广泛,各平台利用距离测量等相互观测可以进一步提高自身的定位精度.在惯性/测距组合的协同定位系统中,一般需要环境中存在4个以上位置已知的基站提供稳定测距,通过各平台的相互测距来修正惯导解算积累的... 详细信息

近年来,多无人平台协同定位应用广泛,各平台利用距离测量等相互观测可以进一步提高自身的定位精度.在惯性/测距组合的协同定位系统中,一般需要环境中存在4个以上位置已知的基站提供稳定测距,通过各平台的相互测距来修正惯导解算积累的定位误差.但是,在一些通信距离过大或者有遮挡的环境中,平台不能准确接收来自足够多基站的测距,常用的基于误差状态扩展卡尔曼滤波的协同定位方法精度较差.本文提出一种基于迭代卡尔曼滤波的惯性/测距协同定位方法,在误差状态扩展卡尔曼滤波的基础上,以测距精度为阈值进行滤波更新过程中误差状态的迭代计算,减小扩展卡尔曼滤波省略高阶泰勒展开项所引起的非线性误差,进而提高参与协同的各节点定位精度.稀疏基站场景下的仿真验证了本文所述方法的有效性.

关键词：协同定位惯性导航系统距离测量量测迭代

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基于时空图模型的车-路-图协同定位方法

吉林大学学报（工学版） 2024年第5期54卷 1246-1257页

作者：胡钊政孙勋培张佳楠黄戈柳雨婷武汉理工大学智能交通系统研究中心武汉430063 武汉理工大学重庆研究院重庆401120

将车路协同系统中车辆的位置估计问题转化为时空图模型构建与优化问题,提出一种时空图优化协同定位(STGO-CL)方法。其中,感知区域中不同时刻的车辆位置构成图模型中的节点;车端与路端通过融合高精地图计算出来的车辆绝对位置与相对位置... 详细信息

将车路协同系统中车辆的位置估计问题转化为时空图模型构建与优化问题,提出一种时空图优化协同定位(STGO-CL)方法。其中,感知区域中不同时刻的车辆位置构成图模型中的节点;车端与路端通过融合高精地图计算出来的车辆绝对位置与相对位置构成图模型的边,并加入时延补偿约束。在求解过程中采用Levenberg-Marquardt (LM)法求解目标函数实现对感知区域中的车辆位置最优状态估计,实现车-路-图协同定位。利用CARLA建立直道和弯道仿真实验场景以验证算法,结果表明:时空图优化协同定位方法平均定位误差为0.29 m,定位性能较GPS或路侧单元(Road side unit, RSU)单独定位分别提高了97.1%和55.4%,较不融合高精地图的时空图优化协同定位方法提高了42.0%。在时延补偿上,可将200 ms时延下的定位性能提高67.0%。本文利用时空图模型实现车-路-图协同定位可有效提升车路协同系统的环境感知性能。

关键词：交通运输工程协同定位时空图模型智能网联汽车车路协同

基于ANFIS的多AUV协同定位系统量测异常检测方法

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自动化学报 2023年第9期49卷 1951-1966页

作者：徐博李盛新王连钊王权达哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001

针对异常水声测距信息对多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicles,AUV)协同定位系统的不利影响,以及传统故障检测方法在多水声测距信息交替混淆的情况下检测效率低的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(Adaptive neuro-f... 详细信息

针对异常水声测距信息对多自主水下航行器(Autonomous underwater vehicles,AUV)协同定位系统的不利影响,以及传统故障检测方法在多水声测距信息交替混淆的情况下检测效率低的问题,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(Adaptive neuro-fuzzy inference system,ANFIS)的量测异常检测方法.首先,分别建立与各水声测距系统相对应的ANFIS模型;然后,基于自适应容积卡尔曼滤波(Adaptive cubature Kalman filter,ACKF)和马氏距离构造反映量测异常的特征信息作为ANFIS的输入;其次,基于预定义的量测异常信息建立了初始混合数据库以训练ANFIS模型实现对量测异常的在线实时检测与隔离;最后,利用湖水实验数据进行了AUV协同定位仿真验证.实验结果表明该方法可以准确识别异常水声测距信息,与传统故障检测方法相比,误报率(False positive rate,FPR)与漏检率(False negative rate,FNR)均减少70%以上.

关键词：自主水下航行器协同定位自适应神经模糊推理系统水声测距量测异常

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通信延迟下的多UUV协同定位——基于航迹预测的实时更新算法

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机器人 2011年第2期33卷 161-168页

作者：姚尧徐德民张立川严卫生西北工业大学航海学院陕西西安710072

研究了主从式多无人水下航行器(UUV)协作系统的协同定位方式,并针对协同定位过程中存在的水声通信和探测时延问题,提出了基于主UUV航迹预测的无状态逆推的非等间隔实时更新(IIRU)定位方法,用于提高从UUV的协同定位精度.该方法采用统计... 详细信息

研究了主从式多无人水下航行器(UUV)协作系统的协同定位方式,并针对协同定位过程中存在的水声通信和探测时延问题,提出了基于主UUV航迹预测的无状态逆推的非等间隔实时更新(IIRU)定位方法,用于提高从UUV的协同定位精度.该方法采用统计建模方法对主UUV航迹进行预测,用于从UUV相对距离量测的实时更新,并基于非等间隔滤波,设计了针对不同类型传感器的实时滤波方法.仿真结果验证了所提定位算法在存在通信时延下的有效性.

关键词：无人水下航行器协同定位多UUV 通信延迟