一种带有传感器轨迹系统误差校准的单信标水下定位方法 叶云、 何红阳、 查峰、 唐红琼、 李静淑、 徐开辉、 陈阳子

《Journal of Marine Science and Engineering》：A Single-Beacon Underwater Positioning Method with Sensor Trajectory Systematic Error Calibration Yun Ye, Hongyang He, Feng Zha, Hongqiong Tang, Jingshu Li, Kaihui Xu and Yangzi Chen

　　

摘要

水下声学单信标定位技术通过将车辆运动与来自声学测距设备的距离测量数据相结合来实现定位，具有系统简单、部署灵活和成本效益高等优点。然而，其精度受初始观测条件较差和观测几何结构退化的影响而受限。为了解决这一问题，本文提出了一种传感器数据校正和协同优化框架。首先采用混合异常值剔除策略来抑制声学多路径效应和传感器噪声。为了补偿传统虚拟长基线方法中忽略的系统传感器误差，通过仿射变换将真实轨迹映射到传感器测量得到的轨迹上，并将误差补偿重新定义为对虚拟信标坐标的校正。为了进一步减轻因几何结构退化导致的精度降低，本文提出了一种结合Chan初始化和仿射变换优化的协同算法。该方法将定位问题定义为优化任务，通过迭代 refinement 同时估计位置信息和仿射变换参数，从而实现高精度定位。该过程从Chan算法开始，该算法从虚拟传感器阵列获得初始估计值，然后在仿射约束条件下对估计值进行精细化处理，以实现高精度定位。实验结果表明，与基线算法相比，该方法将定位精度提高了36.30%，性能提升显著。