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基于最大相关熵的水下应答器位置标定方法

李佩娟 杨书涛 李睿 杜俊峰 刘义亭

李佩娟, 杨书涛, 李睿, 等. 基于最大相关熵的水下应答器位置标定方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(5): 661-668 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0063
引用本文: 李佩娟, 杨书涛, 李睿, 等. 基于最大相关熵的水下应答器位置标定方法[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(5): 661-668 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0063
LI Peijuan, YANG Shutao, LI Rui, DU Junfeng, LIU Yiting. A Calibration Method of Underwater Transponder Position Based on Maximum Correntropy[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(5): 661-668. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0063
Citation: LI Peijuan, YANG Shutao, LI Rui, DU Junfeng, LIU Yiting. A Calibration Method of Underwater Transponder Position Based on Maximum Correntropy[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(5): 661-668. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0063

基于最大相关熵的水下应答器位置标定方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2022-0063
基金项目: 国家自然科学基金(61903184); 江苏省自然科学基金青年基金(BK20181017, BK2019K186); 中国博士后科学基金第67批面上项目(2020M671292); 江苏省博士后科研资助计划(B类)
详细信息
    作者简介:

    李佩娟(1982-), 女, 博士, 副教授, 主要研究方向为惯性组合导航系统关键技术、水下组合导航系统相关技术研究、基于视觉的多传感器信息融合技术

  • 中图分类号: TJ630; U666.7

A Calibration Method of Underwater Transponder Position Based on Maximum Correntropy

  • 摘要: 超短基线(USBL)定位系统广泛应用于水下航行器的组合导航定位。已知的精确应答器位置是应用USBL进行导航定位的前提。传统应答器位置标定方法以斜距为观测量, 标定精度不高、鲁棒性差。文中以斜距和方位角为观测量, 推导了基于卡尔曼滤波的线性化量测方程。同时,考虑到水下复杂环境导致的噪声非高斯分布特性, 提出一种采用最大相关熵滤波抑制野值的水下声学应答器位置标定方法。在长江典型环境下对应答器位置进行标定试验,试验结果表明, 所提方法相比于传统方法具有更高的标定精度, 在野值干扰下具有更好的鲁棒性, 经标定后, 在东北天3个方向上USBL的定位精度分别提高了48.3%, 48.2%和40.4%, 可实现水下航行器高精度导航定位功能。

     

  • 图  1  超短基线系统定位示意图

    Figure  1.  Positioning of USBL system

    图  2  基于MCKF的水下应答器位置标定方法

    Figure  2.  Calibration method of underwater transponder position based on MCKF

    图  3  试验设备示意图

    Figure  3.  Experimental equipment

    图  4  试验轨迹

    Figure  4.  Trajectory in the field test

    图  5  超短基线原始量测信息

    Figure  5.  Raw measurement information of USBL system

    图  6  应答器位置标定结果

    Figure  6.  Calibration result of transponder position

    图  7  安装误差角标定结果

    Figure  7.  Calibration results of installation error angle

    图  8  位置均方根误差比较

    Figure  8.  RMSE comparison of positioning results

    表  1  传感器参数

    Table  1.   Parameters of sensors

    参数
    IMU陀螺仪常值偏置$< 0.01/\text{h}$
    随机游走$< 0.005 /\text{h}$
    加速度计常值偏置$ < 100\;\mathrm{ug} $
    随机游走$ < 50\;\mathrm{ug} $
    USBL定位误差0.1 m+1% r
    输出频率1/2 Hz
    PHINS/GPS定位误差0.02~0.05 m
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-06
  • 修回日期:  2022-11-26
  • 录用日期:  2022-12-05
  • 网络出版日期:  2023-09-05

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