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基于距离测量的双领航AUV间协同导航算法

系统工程理论与实践 2016年第7期36卷 1898-1904页

作者：张福斌马朋刘书强西北工业大学航海学院西安710072

针对多自主水下航行器(AUV)编队中因领航AUV一时无法借助外部有源位置信息进行实时校准,自身定位误差逐渐增大可能导致的编队解体问题,提出了一种基于距离测量双领航AUV间协同导航算法.在给出领航AUV航位推算误差模型的基础上,首先设计... 详细信息

针对多自主水下航行器(AUV)编队中因领航AUV一时无法借助外部有源位置信息进行实时校准,自身定位误差逐渐增大可能导致的编队解体问题,提出了一种基于距离测量双领航AUV间协同导航算法.在给出领航AUV航位推算误差模型的基础上,首先设计两个领航AUV分别基于忽略对方位置误差的估计自身误差的滤波算法,然后提出其位置误差的分别修正算法,最后通过对位置误差估计的可观测性分析,指出在直线航行条件下两个领航AUV可通过加、减速进行相对机动,保证其可观测性.仿真结果表明:两个领航AUV存在航位推算位置误差的情况下,随着滤波时间增加其定位误差可逐渐趋同,并收敛到其经、纬度定位误差的均值,验证了本文所提协同导航算法的可行性和有效性.

关键词：自主水下航行器协同导航距离量测可观测

复杂环境下GNSS/INS/UWB紧组合的无人机协同导航算法

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仪器仪表学报 2021年第7期42卷 98-107页

作者：陈红梅常林江徐振方叶文吴才章河南工业大学电气工程学院郑州450001 中国计量科学研究院北京100029

针对多无人机系统在复杂环境下卫星信号易受到干扰的问题,提出了一种基于环路和积算法的协同导航方法。根据传感器的特点,设计了基于GNSS/INS紧组合的绝对导航和UWB辅助的卫星双差紧组合相对导航,然后使用各个平台自身的绝对导航信息和... 详细信息

针对多无人机系统在复杂环境下卫星信号易受到干扰的问题,提出了一种基于环路和积算法的协同导航方法。根据传感器的特点,设计了基于GNSS/INS紧组合的绝对导航和UWB辅助的卫星双差紧组合相对导航,然后使用各个平台自身的绝对导航信息和平台间的相对导航信息,构建协同导航滤波器,基于环路和积算法,设计了消息传递规则,减少了平台间的流量,计算任务在各个平台上分布运行,减小了计算压力。最后对不同复杂场景进行了仿真和物理实验,结果表明该方案的协同导航精度明显优于不进行协同导航的结果,且随着可观测信息的增多,该方法导航精度越来越高。

关键词：协同导航环路和积算法 GNSS/INS/UWB紧组合

基于单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统定位性能分析

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自动化学报 2011年第6期37卷 724-736页

作者：李闻白刘明雍李虎雄陈学永西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学自动化学院西安710072 温州大学瓯江学院温州325000 西北工业大学机电学院西安710072 中航光电科技股份有限公司洛阳471003

自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法,其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标.本文针对单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统,利用扩展卡尔曼滤波... 详细信息

自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法,其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标.本文针对单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统,利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程.在此基础上,通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程,得到了其在稳态情形下的方差上界估计.理论分析表明,单领航AUV协同导航系统的整体定位误差有界收敛且与初始化滤波方差无关,具有良好的综合性能.最后,仿真实例验证了文中理论分析结果的正确性.

关键词：单领航者自主水下航行器协同导航相对位置测量扩展卡尔曼滤波方差上界估计

基于扩展Kalman滤波的单领航者自主水下航行器协同导航判别式训练方法研究

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电子与信息学报 2015年第11期37卷 2756-2761页

作者：杨少凡余华兵陈新华孙长瑜中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

单领航者自主水下航行器(AUV)协同导航算法中,系统模型是非线性的,扩展Kalman滤波(EKF)是针对非线性系统的很有影响力的滤波算法,但是,EKF算法的性能严格依赖于一系列模型参数,而这些参数往往需要花费很大的代价来捕获,并且常需要人工... 详细信息

单领航者自主水下航行器(AUV)协同导航算法中,系统模型是非线性的,扩展Kalman滤波(EKF)是针对非线性系统的很有影响力的滤波算法,但是,EKF算法的性能严格依赖于一系列模型参数,而这些参数往往需要花费很大的代价来捕获,并且常需要人工调整。该文应用一种能自动学习Kalman滤波噪声协方差参数的方法,通过仿真分析,证明了该学习算法可以完全自主并且高效、准确地输出Kalman滤波噪声参数,进一步提高了单领航者AUV协同导航系统的导航精度。

关键词：自主水下航行器协同导航扩展Kalman滤波自动学习噪声参数

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基于图优化的通信受限环境下协同导航方法

航空学报 2023年第11期44卷 222-234页

作者：牛皓飞蔡庆中李健杨功流北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191

近年来智能无人集群系统受到广泛关注,集群中多智能体节点的协同导航是实现复杂协同控制的一个关键问题。针对在复杂遮挡环境下可能存在的观测信息不同步、不连续等问题,研究基于图优化算法的分布式协同导航方法。以超宽带(UWB)测距传... 详细信息

近年来智能无人集群系统受到广泛关注,集群中多智能体节点的协同导航是实现复杂协同控制的一个关键问题。针对在复杂遮挡环境下可能存在的观测信息不同步、不连续等问题,研究基于图优化算法的分布式协同导航方法。以超宽带(UWB)测距传感器提供的节点间相对测距信息与节点自身基于惯性传感器的航位推算信息构成的状态约束建立因子图模型,利用图优化算法全局优化的特点解决传统滤波方法无法适应观测信息不同步的问题;通过自适应动态变化的分布式拓扑结构,可充分利用节点间的观测信息解决复杂环境下锚点观测不足的问题;通过对陀螺零偏的实时估计提高个体在短时间内完全无外部观测状态下的精度保持能力。数学仿真与实验结果表明:在复杂遮挡环境下,所提方法具备处理动态增删、时间异步的观测信息的能力,并可以对陀螺零偏进行实时估计与补偿,使短时通信拒止环境下单节点的位置精度保持能力提升61%,使集群在复杂通信受限环境的综合定位精度提升1倍。

关键词：协同导航无人集群图优化因子图多智能体

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

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兵工学报 2011年第8期32卷 1002-1007页

作者：李闻白刘明雍张立川刘富樯西北工业大学航海学院陕西西安710072

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及... 详细信息

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计。与已有的研究相比,仿真结果表明该算法具有较高的定位精度,且有效提高了定位解算的实时性。

关键词：自动控制技术自主水下航行器协同导航相对位移测量扩展的Kalman滤波

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分布式卫星系统的协同导航估计方法

宇航学报 2013年第8期34卷 1106-1114页

作者：王晓初尤政赵开春李滨清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

针对分布式卫星系统对合作目标的协同导航估计问题,提出了前端与后端结合的一种分布式协同导航方法。前端基于一致性算法对无迹卡尔曼滤波方法进行改造进而完成设计,后端基于协方差交集算法并利用快速权值计算方法以及非可加性参数融合... 详细信息

针对分布式卫星系统对合作目标的协同导航估计问题,提出了前端与后端结合的一种分布式协同导航方法。前端基于一致性算法对无迹卡尔曼滤波方法进行改造进而完成设计,后端基于协方差交集算法并利用快速权值计算方法以及非可加性参数融合方法进行设计。最后基于Matlab以及STK轨道传播模型进行了数值仿真,得到了预期的仿真结果,验证了方法的有效性。

关键词：分布式卫星协同导航一致性算法无迹卡尔曼滤波数据融合

基于分布式协同导航的行人三维惯性SLAM方法

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中国惯性技术学报 2022年第2期30卷 195-201,209页

作者：熊智陈芷心丁一鸣李晓东曹志国李婉玲南京航空航天大学自动化学院南京211106

针对仅依赖惯性传感器数据进行零速修正的行人航位推算方法导致室内行人协同导航定位累计误差较大的问题,提出了一种三维环境下的分布式行人协同惯性SLAM方法。在行人间初始相对位姿未知的情况下,通过蓝牙检测相遇,使用基于奇异值分解... 详细信息

针对仅依赖惯性传感器数据进行零速修正的行人航位推算方法导致室内行人协同导航定位累计误差较大的问题,提出了一种三维环境下的分布式行人协同惯性SLAM方法。在行人间初始相对位姿未知的情况下,通过蓝牙检测相遇,使用基于奇异值分解的最小二乘方法求解行人间位姿的刚性变换;然后构建基于三维占用栅格的惯性SLAM地图,通过优化联合后验概率分布获得行人位姿与地图的最优估计,减小系统的累计误差;同时构建了一个分布式协同SLAM框架,使得每个行人的定位系统都能够独立运行。实验结果表明,所提出的算法能有效提升三维惯性行人协同导航系统的定位精度,在大约2000 m^(2)、总长2000 m的多楼层双人协同实验中,算法的平均定位误差为1.22 m,与传统零速修正方法相比,定位精度提升80%以上。

关键词：行人导航室内定位协同导航即时定位与建图

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基于高斯粒子滤波与消息传递的协同导航方法

中国惯性技术学报 2022年第1期30卷 22-28,36页

作者：陈明星熊智王融刘建业熊骏田世伟南京航空航天大学自动化学院导航研究中心南京211106 先进飞行器导航、控制与健康管理工业和信息化部重点实验室南京211106 南京邮电大学物联网学院南京210023 国防创新研究院北京100000

针对无人机群协同导航问题,提出了因子图框架下基于高斯粒子滤波和消息传递算法的无人机群协同导航方法。所提方法利用因子图描述无人机群导航状态与自身量测以及相对导航信息之间的关系,并通过高斯粒子滤波实现因子图中节点之间的消息... 详细信息

针对无人机群协同导航问题,提出了因子图框架下基于高斯粒子滤波和消息传递算法的无人机群协同导航方法。所提方法利用因子图描述无人机群导航状态与自身量测以及相对导航信息之间的关系,并通过高斯粒子滤波实现因子图中节点之间的消息传递,完成无人机群导航状态的最大后验概率估计。仿真结果表明所提出的方法实现了机载多源传感信息与相对导航信息的有效融合,定位精度相比于基于因子图和粒子化消息传递的混合和积算法(H-SPAWN)提高50%以上。

关键词：协同导航因子图高斯粒子滤波消息传递无人机群