多域多航行器的运动信息校准和融合的方法与流程

属于数据处理领域，尤其涉及一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法。

背景技术：

1、多域航行器主要指在空中、水面、水下、陆上等空间运动的航行器，多域航行器的运动信息主要指位置、速度、航向等，运动信息校准融合技术是多域航行器协同任务决策、执行能力评估等的重要信息表征支撑；

2、通常情况下为获得多域航行器运动信息，依托各航行器自身传感器或在航行器上安装外测运动信息采集设备，以采集多域航行器位置、速度、航向等。由于数据来源多样、数据采集及传输技术形式多样、传感器及采集设备精度误差不同、工作频率不一，使得多模态的运动信息采集后难以融合，多域航行器运动信息采集后的误差校准、时间对齐、匹配融合等成为了本领域亟待解决的技术问题。
技术实现要素：

技术实现思路

1、本申请的发明目的提出一种多域航行器运动信息融合方法。

2、为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

3、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：它包括以下步骤：

4、(一)、基准点的标识

5、水面和陆上的航行器在可达区域设置基准点，空中的航行器在其陆上或水面投影处设置基准点，水下的航行器在水面投影处设置基准点，在上述基准点上布置醒目标识；

6、(二)、基准点位置的测量标校

7、通过差分gps或北斗高精度测量设备完成对基准点绝对位置的测量，获得上述基准点的标校位置m{x,y,z}，即作为真值，在忽略高程数据的情况下，则上述基准点的标校位置的经纬度为m{x,y}；

8、(三)、航行器位置误差标校

9、航行器位置误差指内测位置误差和外测位置误差，航行器航行至上述对应基准点，由其自带的运动信息采集传感器记录上述对应基准点的位置信息，航行器采集到的位置信息为m{x,y,z}，则航行器采集到的经纬度位置信息为m{x,y}；

10、根据经纬度坐标与utm(universal transverse mercator)平面坐标转换公式可得m{x,y}、m{x,y}分别在平面坐标系下的位置me{xe,ye}，me{xe,ye}，则可得到位置信息误差δl在平面坐标系下的分量为δlx和δly，

11、

12、计算航行器采集信息与对应标校位置信息误差δl，

13、

14、(四)、航行器航向误差标校

15、航行器航向误差指航向内测误差和外测误差；设置到达点1和到达点2，到达点1和到达点2外测真值位置连线与正东方向的夹角为航向真值在测试过程中，航行器以其巡航速度由到达点1航行至到达点2，由航行器自带的运动信息采集传感器记录内测航向

16、则航行器的航向误差为：

17、

18、(五)、航行器的航速误差标校

19、航行器的航速误差指巡航速度内测误差和外测误差，考虑环境中风向和流向对航速的影响，测试并计算航行器正向及反向航行过程中的平均速度，以获得航行器精确的平均巡航速度v作为速度真值，

20、通过高精度测试设备得到到达点1至到达点2两点之间的距离v，航行器以巡航速度由到达点1航行至到达点2为正向航行，记录正向耗时tg；再由到达点2航行至到达点1为反向航行，记录反向耗时tr；则航行器平均巡航速度真值v为：

21、

22、v在水平、垂直的分量分别为vx、vy:

23、

24、

25、在测试过程中，依据航行器内置的速度传感器记录内测平均速度v，则航行器速度误差为：

26、

27、在水平、垂直的分量分别为

28、

29、

30、(六)、航行器时间误差标校

31、航行器航行至任意到达点，记录当前北京时间t为真值时间，记录航行器系统时间t为内测时间，则航行器时间误差为：

32、δt＝t-t-----公式(10)

33、(七)、匹配融合

34、对于测试过程中，航行器内测位置数据集mi{xi，yi，ti}，按照“时间对齐→位置误差校准→航速误差校准→航向误差校准”的顺序进行数据匹配融合；

35、(a)、时间对齐后的位置

36、mti{xi，yi，ti}为时间对齐后位置，ti为对齐前航行器的系统内测时间，ti为对齐后的背景时间，

37、

38、即

39、

40、(b)、初始位置误差校准后的位置

41、初始位置误差为固定常数误差，初始位置误差校准后的位置为mtli(xli，yli，ti)，xli和yli分别为xi和yi经过初始位置误差校准后的值，

42、

43、即

44、

45、(c)、航速误差校准后的位置

46、航速误差为航速和航向误差造成的位移累计误差，航速误差校准后的位置为mtlvi(xlvi，ylvi，ti)，xlvi和ylvi分别为xi和yi经过初始位置误差校准和航速误差校准后的值，

47、

48、即

49、

50、(d)、航向误差校准后的位置

51、航向误差校准后的位置为mtlvδi(xlvδi，ylvδi，ti)，xlvδi和ylvδi分别为xi和yi经过初始位置误差校准、航速误差校准以及航向误差校准后的值，

52、

53、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：所述的醒目标识为旗帜或浮标。

54、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：所述运动信息采集传感器为卫星导航、惯导或磁力仪。

55、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：所述到达点1和到达点2之间的距离在航行器的续航力范围内。

56、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：所述速度传感器为惯导、速度计或加速度计。

57、本发明的一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其中：在航速误差标校和航向位置标校时，到达点及到达顺序应相同，均为从到达点1到到达点2。

58、本发明为了解决多域航行器运动信息多模态难融合的问题，提供一种多域航行器运动信息融合方法，通过误差标校、时间对齐、匹配融合，实现对多域航行器位置、速度、航向等运动信息融合，为多域协同任务决策、效果评估等提供支撑。

技术特征：

1.一种多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：所述的醒目标识为旗帜或浮标。

3.如权利要求2所述的多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：所述运动信息采集传感器为卫星导航、惯导或磁力仪。

4.如权利要求3所述的多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：所述到达点1和到达点2之间的距离在航行器的续航力范围内。

5.如权利要求4所述的多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：所述速度传感器为惯导、速度计或加速度计。

6.如权利要求5所述的多域多航行器的运动信息校准和融合的方法，其特征在于：在航速误差标校和航向位置标校时，到达点及到达顺序应相同，均为从到达点1到到达点2。

技术总结
本发明多域多航行器的运动信息校准和融合的方法包括：信息校准和融合处理，信息校准包括：基准点的标识、基准点位置的测量标校、航行器位置误差标校、航行器航向误差标校、航行器的航速误差标校和航行器时间误差标校，融合处理按照“时间对齐→位置误差校准→航速误差校准→航向误差校准”的顺序进行数据匹配融合；它包括：时间对齐后的位置、初始位置误差校准后的位置、航速误差校准后的位置和航向误差校准后的位置，本发明通过误差标校、时间对齐、匹配融合，实现对多域航行器位置、速度、航向等运动信息融合，为多域协同任务决策、效果评估等提供支撑。

技术研发人员：王艺欣雨,李铁术,江雨珊,付朝晖,王恒,莫剑飞
受保护的技术使用者：昆明船舶设备研究试验中心（中国船舶集团有限公司七五〇试验场）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24