基于因子图的协同定位与误差估计算法

范世伟, 张 亚, 郝 强, 姜 畔, 于 飞

(哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引 言

随着人类对海洋的深入开发,自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)在军事应用、科学研究及海洋探索等方面的作用越来越重要[1-2]。AUV正确感知自身在环境中的位置和的能力,是成功执行任务的决定因素。如今的导航不仅确定载体当前和可能的未来位置所必需的测量和计算过程,还包含了与载体从一个点移动到另一个点有关的所有子问题,如感知、状态估计、避障甚至路径规划等[3-4]。在导航过程中定位技术则是解决状态估计、避障等问题的关键技术,所以研究AUV的高精度定位技术具有重要意义[5-6]。由于电磁信号在水下环境中会被强烈衰减导致全球定位系统(global positioning system, GPS)技术在水下无法正常应用[7]。因此,必须采用其他技术为AUV提供准确的导航能力,通常情况下AUV的位置是根据计程仪配合罗经或者利用惯性导航系统(inertial navigation systems, INS)来确定的,但是当AUV运动时,根据计程仪配合罗经进行航位推算的位置估计误差不断累积,最终可能会导致AUV丢失,而高精度的INS通常价格高昂,不利于AUV的大规模应用[8-10]。由于对海洋的深入开发,单个AUV难以执行复杂的军事及民事任务,导致多AUV协同系统在海洋开发、科学研究及军事应用等方面的作用更加重要[11]。因此,基于水声通信网络的多AUV的协同定位技术受到了更多的关注[12-13]。不同AUV利用水声通信来共享彼此的信息,利用水声测距进行相对距离的测量作为观测量,然后利用数据融合技术来降低定位误差,这种方式被称为“协同定位”。……