α-β滤波在无人测量艇航向导航中的研究.pdf

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1、第38卷第7期2017年7月仪器仪表学报ChineseJournalofScientificInstrumentV01．38No．7Jul．2017仪币滤波在无人测量艇航向导航中的研究李小毛，王文涛，柯俊，张鑫，罗均(上海大学机电工程与自动化学院上海200072)摘要：无人测量艇重量轻、工作航速慢(通常7节左右)，其航向可观测性弱。在高海况和强浪、流、涌条件下，罗经传感器的航向角观测值不平稳，无法满足海事测量艇的控制精度要求。为实现无人艇航向角的平滑滤波，根据系统控制频率和艇体运动性能对航向过程噪声进行有效估计。根据估计的过程噪声利用d田滤波器对无人艇航向进行滤波。然而航向角的值域范围

2、在边界处不连续，直接利用a印滤波器在边界处会产生奇异值。为此提出一种边界滤波策略实现航向全域的平稳滤波。实测数据回放验证了此方法在无人测量艇航向导航控制中的有效性。关键词：无人艇；d田滤波；导航制导控制；航向角导航；边界滤波中图分类号：TP242．3TH一39文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．80Researchona币filterinthecourseanglenavigationofunmannedsurfacevehicleLiXiaomao，WangWentao，KeJun，ZhangXin，LuoJun(SchoolofMechanicalEngineeringan

3、dAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)Abstract：Forlight-weightunmannedsurfacevessel(USV)，theobservabilityofcourseislowwhensailingatlowspeed(7knots)．Interribleoceanenvironmentandunderstrongwaves，currentsandsurges，thecompassseHsorreadingisnotstable，whichisdifficulttomeetthecontrolacc

4、uracyrequirementofmarineUSV．InordertorealizethesmoothingfilteringofthecourseangleofUSV，thisarticleestimatestheprocessnoiseofcourseangleeffectivelyaccordingtothesystemcontrolfrequencyandboatbodymovementperformance．Ana-flfilterisusedtosmoothingthecourseofUSVbasedontheestimatedprocessnoise．However，

5、thevaluerangeofthecourseangleisnotcontinuousintheboundary，whichwillcausesingularvaluewhendirectlyusinga毋filter．Tosolvetheproblemaboundaryfilteringstrategyisproposedtorealizethefullrangesmoothfilteringforthecourseangle．Realmeasureddataplaybackverifiestheeffectivenessofthemethodincourseanglenaviga

6、tioncontrolofUSV．Keywords：unmannedSurfacevehicle(USV)；“毋filter；navigationguidanceandcontrol；courseanglenavigation；boundaryfilter1引言无人艇作为一种具有自主操作能力的水面舰艇，具有吃水浅、机动灵活、行动隐蔽的特点。其在执行危险任务时不会造成人员伤亡，在军事上可用于探雷、探潜、直接参与海洋作战等，在民用可广泛应用于海岸线和岛礁岸线的海图测量、水下考古、海洋资源调查、内河湖泊水污染检测等。无人测量艇作为无人艇的主要应用方向之一，在海洋测绘方面有着广泛的应用，为海事

7、测绘人员提供了巨大的便利。海事测绘主要是驾驶测量艇，按照事先规划好的测绘线在海面上进行扫测，进而实现一定区域海底地形地貌测量的功能。采用普通人工驾驶测量船进行测量，一方面比较枯燥、耗费大量人力物力，另一方面由于测量艇测绘时一般为直线而且要求速度缓慢，直接采用人工实现低速走直线动作操作起来难度大、会产生较大误差，因而提出了采用无人艇代替人工进行海事测绘。无人艇是一个多传感器集成的智能化产品⋯，通过传感器感知获取数据，通过智能算法认知提供决策，收稿