用于无人机蜂群协同导航的动态互观测在线建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110426029A(43)申请公布日2019.11.08(21)申请号201910699294.4(22)申请日2019.07.31(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人王融熊智刘建业李荣冰李传意杜君南陈欣赵耀崔雨辰安竞轲聂庭宇(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人姜慧勤(51)Int.Cl.G01C21/00(2006.01)G01C21/20(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图3页(54)发明名称用于无人机蜂群协同导航的动态互观测在线建模方法(57)摘要本发明公开了用于无人机蜂群协同导航的动态互观测在线建模方法，该方法首先根据各成员卫星导航接收机可见星数量对成员进行第一级筛选，明确当前时刻各成员在协同导航中的角色，随后建立以待辅助的各对象成员为原点的移动坐标系，并计算各备选参考节点的坐标；在此基础上，根据与各对象成员的是否可相对测距，对各备选参考节点进行第二级筛选，获得可用参考成员集合，并初步建立动态互观测模型；最后通过迭代修正对模型进行优化，并根据无人机蜂群观测关系、自身定位性能和协同导航中角色的变化进行新一轮动态互观测建模，为有效实现无人机蜂群协同导航提供准确依据。CN110426029ACN110426029A权利要求书1/3页1.用于无人机蜂群协同导航的动态互观测在线建模方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对无人机蜂群中的每个成员进行编号并表示为1,2,…,n，按照当前时刻各成员机载卫星导航接收机接收到可用星数量，对成员进行第一级筛选，确定各成员在协同导航中的角色：设接收到可用星数量小于4的成员为对象成员，将对象成员编号集合记为A；设接收到可用星数量不小于4的成员为备选参考成员，将备选参考成员编号集合记为B；且步骤2，获取对象成员i机载导航系统指示位置，并以该指示位置为原点，建立该对象成员当地东北天地理坐标系，i表示成员编号且i∈A；步骤3，获取备选参考成员j机载导航系统指示位置及其定位误差协方差，并将备选参考成员j机载导航系统指示位置及其定位误差协方差均转换到步骤2建立的对象成员i当地东北天地理坐标系中，j表示成员编号且j∈B；步骤4，按照每个对象成员与每个备选参考成员之间是否可以相互测距，对备选参考成员进行第二级筛选，确定各备选参考成员在协同导航中的角色：设与对象成员i可以相互测距的备选参考成员为对象成员i的可用参考成员，将对象成员i的可用参考成员编号集合记为Ci，且步骤5，计算对象成员与其可用参考成员的互观测矢量，并根据互观测矢量计算对象成员与其可用参考成员的矢量投影矩阵；步骤6，计算对象成员与其可用参考成员的对象位置投影矩阵以及可用参考位置投影矩阵；步骤7，利用步骤5获得的矢量投影矩阵和步骤6获得的对象位置投影矩阵，计算对象成员与其可用参考成员之间状态互观测矩阵；步骤8，利用步骤5获得的矢量投影矩阵和步骤6获得的可用参考位置投影矩阵，计算对象成员与其可用参考成员之间噪声互观测矩阵；利用噪声互观测矩阵，计算对象成员与其可用参考成员之间互观测噪声协方差；步骤9，利用步骤7获得的状态互观测矩阵，建立对象成员对其全部可用参考成员的互观测集合矩阵；步骤10，利用步骤8获得的互观测噪声协方差，建立对象成员对其全部可用参考成员的互观测集合协方差；步骤11，利用步骤5获得的互观测矢量，建立对象成员对其全部可用参考成员的互观测集合观测量；步骤12，根据步骤9获得的互观测集合矩阵、步骤10获得的互观测集合协方差以及步骤11获得的互观测集合观测量，建立无人机蜂群协同导航的动态互观测模型，根据动态互观测模型进行对象成员加权最小二乘定位，得到对象成员位置的经度修正量、纬度修正量、高度修正量，并计算修正的经度、纬度、高度；步骤13，利用步骤7获得的状态互观测矩阵和步骤8获得的互观测噪声协方差，计算对象成员位置估计协方差；步骤14，利用步骤6获得的对象位置投影矩阵和步骤12得到的对象成员位置的经度修正量、纬度修正量、高度修正量，计算在线建模误差量；当在线建模误差量小于事先设置的2CN110426029A权利要求书2/3页动态互观测在线建模误差控制标准时，判定在线建模迭代收敛，即在线建模结束并转入步骤15，否则返回步骤5对互观测模型进行迭代修正；步骤15，判断是否导航结束，如是则结束；否则返回步骤1进行下一时刻建模。2.根据权利要求1所述用于无人机蜂群协同导航的动态互观测在线建模方法，其特征在于，步骤5所述互观测矢量，表达式为：其中，为对象成员i与其可用参考成员k的互观测矢量，分别为在对象成员i当地东北天地理坐标系东、北、天向的分量，Δλik、ΔLik、Δhik分别为对