針對(duì)不含GPS/北斗等外部傳感器的水面無(wú)人艇自主定位問(wèn)題,論文提出一種基于平方根容積卡爾曼濾波（square-root cubature kalman filter, SCKF）的水面無(wú)人艇定位算法。該算法利用數(shù)值擬合獲取的給定電機(jī)電壓和水面無(wú)人艇穩(wěn)態(tài)速度（U-u）的非線性函數(shù)關(guān)系,將其作為系統(tǒng)的觀測(cè)方程,融合無(wú)人艇的線性狀態(tài)方程實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位。為提升定位精度,在SCKF的觀測(cè)方程中引入低通濾波器。最后通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)造船. 2020,61(S1)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

慣性坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系定義onynyby

，通過(guò)數(shù)值擬合的方法獲取U和u之間的非線性關(guān)系。為了避免單次測(cè)量數(shù)據(jù)的隨機(jī)性，針對(duì)每次的設(shè)定電壓，測(cè)量5次穩(wěn)態(tài)速度取平均后得到最后的穩(wěn)態(tài)速度。測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。表1設(shè)定電壓U和對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)速度u的測(cè)量值參數(shù)第1組第2組第3組第4組第5組第6組第7組U10.1000.2000.3000.3330.4000.4670.567u/(m/s)20.0000.2550.3970.4330.5000.5680.650表1中，U的數(shù)值采用標(biāo)幺值，基準(zhǔn)電壓值按電池電壓計(jì)算，實(shí)際測(cè)量時(shí)，假定電池電壓基本保持定值。數(shù)值擬合結(jié)果如圖2所示。-0.200.20.40.60.8u/(m/s)0.60.50.40.30.20.10U·測(cè)量點(diǎn)—擬合曲線圖2給定設(shè)定電壓U和穩(wěn)態(tài)速度u的關(guān)系采用二次函數(shù)擬合給定設(shè)定電壓U和穩(wěn)態(tài)速度u的關(guān)系，由圖2可知擬合效果較好。不考慮水面無(wú)人艇向后運(yùn)動(dòng)的情況，可得到設(shè)定電壓U和穩(wěn)態(tài)速度u的函數(shù)關(guān)系為20.8550.1660.100,0()0,0uuuUUuu<（5）

xx（16）式中，n為系統(tǒng)狀態(tài)維度，iξ和i取值如下：1==11,2,,22iiininn，，（17）由上可知，CKF選取2n個(gè)同等權(quán)重的cubature點(diǎn)來(lái)計(jì)算高斯權(quán)重積分，通過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)方程的時(shí)間更新和測(cè)量方程的測(cè)量更新得到CKF算法。但在計(jì)算過(guò)程中由于每次迭代過(guò)程都需要對(duì)估計(jì)值的后驗(yàn)協(xié)方差2σ進(jìn)行開(kāi)方操作，增加了算法的不穩(wěn)定性。SCKF和CKF相比，直接傳播估計(jì)值的協(xié)方差的平方根kS，避免了開(kāi)方操作，和CKF相比穩(wěn)定性有所提升。SCKF濾波器的算法如圖3所示：測(cè)量更新11i1112111T111T11111T11T111//TriaTriai,kkkkkki,kkkknkkii,kkixz,kkkkkkkxz,kkzz,kkzz,kkkkkkkkkkkkkkkkkkR,kzz.kkkkR,kXSXZhXZZPWPSSXXWZZSWWSSS時(shí)間更新1111111112111111Triai,kkkkikk*i,kki,kkn*kkii,kki*kkkkQ,kXSXXfXXXSXS圖3平方根容積卡爾曼濾波算法流程


本文編號(hào)：3030897