基于約束最大后驗估計的水下航行器組合定位算法

馬 朋，胡安平

基于約束最大后驗估計的水下航行器組合定位算法

馬 朋，胡安平

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

針對水下航行器聲學/航位推算組合定位系統，利用聲信標與水下航行器間的幾何定位結構關系，構建獲得水下聲學距離量測等式與不等式約束條件，通過最大后驗（MAP）估計準則與標準擴展Kalman濾波（EKF）方法相結合，設計出聲學距離量測約束下的水下航行器組合定位算法，實現了水聲距離量測與航位推算信息的有效融合。數值仿真試驗結果表明，所設計的聲學/航位推算組合定位算法可有效利用水聲距離量測信息，實現水下航行器定位精度的提高。

水下航行器；組合定位；聲學距離量測；約束最大后驗估計

0 引言

高精度的定位能力是水下航行器完成協同作業任務的基礎，無論是任務的規劃和分配，還是自主行為控制的實現，都是建立在作業水下航行器位置精確已知的前提上。然而，由于無線電信號在水下傳播時極易被吸收而急速衰減，導致陸地和空中目標精確定位常用的GPS和北斗系統等難以直接用于水下航行器定位過程[1]。

目前水下航行器定位技術主要可分為三類[2]：慣性/航位推算定位、地球物理學定位和水下聲學定位。慣性/航位推算定位技術的優點在于可不依賴外部信息源進行全天候、全地域自主定位，但是各高精度慣性測量傳感器價格高昂、體積較大，誤差隨著時間積累而趨于發散。而地球物理學定位技術則更多地與慣性/航位推算技術相結合，形成水下組合導航定位系統，雖然可以在一定程度上克服慣性/航位推算定位誤差發散問題，但是嚴重依賴于地形、地磁和深度等先驗信息，且易受復雜海洋環境影響。……