一种提高基于mems陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于微机电系统陀螺误差快速补偿的提高基于MEMS陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法。本发明包括：建立正向滤波模型；存储正向滤波数据；逆向滤波系统模型建立；建立逆向滤波量测模型；利用建立的系统模型和量测模型；正向滤波。本发明将MEMS陀螺测量航向的误差也扩充成为了状态向量，使得滤波过程中能够更有效地补偿MEMS陀螺的误差。逆向滤波在协同导航模型中操作简单，易于实现，只需要改变速度v的符号并反向利用正向滤波时存储的数据，包括从艇航推得到的位置和主从艇的距离。由于逆向滤波可以反复利用一小段已经存储的数据，不需要采集更多的数据，从而显著提高了滤波估计的速度，而计算机计算速度较快。
【专利说明】—种提高基于MEMS陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于微机电系统(micro-electro-mechanicalsystem, MEMS)陀螺误差快速补偿的提高基于MEMS陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法。
【背景技术】
[0002]无人水面艇是一种在水面行驶，可以由人进行遥控操作或者自主操作的水面船艇。随着对海洋开发认识的加深，无人水面艇以其机动性强、成本低等优势成为研究热点。多无人艇的协同导航是利用系统中主艇的高精度导航信息，通过一定的信息交换，实现艇间导航资源的共享，使装备低精度导航设备的从艇可以提高自身的导航精度。因此研究无人水面艇的协同导航具有重要的理论价值和实际意义。
[0003]GPS虽然能提供精确的位置信息，并能定时校正从艇惯导误差，但容易受到地理条件和人为干扰。与之相比，运用发送时间同步的水声数据可以算出主从艇的相对距离，这一信息可以协助从艇进行导航定位。从艇上运用由扩展卡尔曼滤波(EKF)融合测得的距离和位置信息估计来减小估计误差。
[0004]近年来，MEMS陀螺作为惯性领域一个十分重要的分支，获得了长足的发展。由于其成本低、尺寸小、重量轻、可靠性高等优点，在低成本惯性系统中得到越来越多的应用，在协同导航中可以作为从艇惯性导航设备进行装备。受MEMS陀螺目前精度较低的限制，在使用前，必须要建立合理的漂移误差模型，从而对陀螺误差进行估算和补偿。为了解决陀螺误差的可观测性问题，可以先估计陀螺初始航向偏差，再估计陀螺漂移。采用逆向滤波方法来估计陀螺误差能大大缩短估计时间，提高定位精度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种反向利用存储的数据进行逆向滤波，来缩短MEME系统误差的估计时间，进而提高协同导航定位精度的提高基于MEMS陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法。
[0006]本发明的目的是这样实现的:
[0007]( I)建立正向滤波模型:
[0008]从艇上的水声通信模块接收主艇发来的信息，通过水声信号发送和接收的时间差乘以声速计算主从艇的距离作为观测量，利用多普勒测速仪测量的速度和MEMS陀螺测出的航向，通过扩展卡尔曼滤波估计从艇的位置和MEMS陀螺的误差
[0009]状态一步预测方程为:
[0010]
【权利要求】
1.一种提高基于MEMS陀螺的无人艇协同导航定位精度的方法，其特征在于: (1)建立正向滤波模型 从艇上的水声通信模块接收主艇发来的信息，通过水声信号发送和接收的时间差乘以声速计算主从艇的距离作为观测量，利用多普勒测速仪测量的速度和MEMS陀螺测出的航向，通过扩展卡尔曼滤波估计从艇的位置和MEMS陀螺的误差状态一步预测方程为:
【文档编号】G01C21/20GK103968842SQ201410216171
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】徐博, 金辰, 刘杨, 董海波, 邱立民, 贺浩, 高伟, 白金磊, 单为 申请人:哈尔滨工程大学