無人船自主航行目標(biāo)方位測量技術(shù)研究

潘怡南，趙馨，常帥

（1.長春理工大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長春 130022；2.長春理工大學(xué) 空間光電技術(shù)研究所，長春 130022）

無人船（USV）是一種具有自主完成目標(biāo)識別、定位、特性參數(shù)感知等功能的智能水面平臺，能夠完成自主避障、路徑規(guī)劃、自主航行等功能［1-2］。USV在氣象監(jiān)測、海上搜救、海洋勘探、環(huán)境監(jiān)測等海事應(yīng)用中發(fā)揮著越來越重要的作用［3］。USV在自主航行時，為了滿足上述實際應(yīng)用需求，不僅要實時獲取目標(biāo)的相對位置信息（方位角、俯仰角、距離），還要進(jìn)一步獲取目標(biāo)在大地坐標(biāo)系中的絕對位置坐標(biāo)（緯度、經(jīng)度、大地高）［4］。然后將這些信息在電子海圖上進(jìn)行標(biāo)定，以便于對目標(biāo)及周圍環(huán)境進(jìn)行感知分析和監(jiān)測［5］。

無論是在軍用還是民用中，無人船需要配備相應(yīng)的傳感器模塊，例如雷達(dá)、激光測距機(jī)、視覺設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和光電傳感器等設(shè)備；實現(xiàn)行進(jìn)路線上周圍目標(biāo)識別、定位、感知，獲得動、靜目標(biāo)位置、速度、航向角等信息，從而合理規(guī)劃行進(jìn)路徑、周圍目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測［6］。檀立剛等人［7］和王晶等人［8］搭建了機(jī)載光電成像測量平臺，通過機(jī)載光電設(shè)備對目標(biāo)指向矢量在各坐標(biāo)系下的齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對目標(biāo)的定位。喬川等人［9］基于數(shù)字高程模型對地面目標(biāo)進(jìn)行定位，以降低目標(biāo)大地高誤差對定位精度的影響。D.Blake Barber等人［10］提出了一種固定翼微型無人機(jī)（MAV）在成像時確定地面目標(biāo)地理位置的方法。利用目標(biāo)在圖像中的像素位置，配合MAV位置和姿態(tài)的測量，以及相機(jī)擺放角度，將目標(biāo)定位在WGS-84大地坐標(biāo)系下。Springer USV使用同步定位與建圖（SLAM）技術(shù)感知周圍目標(biāo) 環(huán) 境［11］。Huntsberger和 Aghazarian 等人［12］研究了一種基于雙目立體視覺的USV自主導(dǎo)航研究，通過檢測水面障礙物目標(biāo)，生成危險避障網(wǎng)格圖和離散目標(biāo)列表來實現(xiàn)目標(biāo)定位自主避障。Gianpaolo Conte等人［13］開發(fā)了一種基于視覺的無人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，利用圖像配準(zhǔn)技術(shù)，從航空圖像中提取有用的目標(biāo)位置信息。

綜上所述，USV在自主航行時對目標(biāo)的感知、識別、定位，多是基于視覺、常規(guī)雷達(dá)、激光雷達(dá)、聲吶等傳感器來完成［14］。由于單一傳感器的感知性能不足，常采用基于多傳感器的感知測量系統(tǒng)，實現(xiàn)各種傳感器的優(yōu)勢互補(bǔ)［15］。在機(jī)器人和無人機(jī)（車）領(lǐng)域，主要是對周圍目標(biāo)的定位，無法實時感知運動目標(biāo)的方位角和速度。而且有些采用穩(wěn)定可靠的激光雷達(dá)SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技術(shù)對周圍環(huán)境進(jìn)行感知和定位，但該技術(shù)主要解決系統(tǒng)本身與環(huán)境目標(biāo)之間的相對空間位置關(guān)系，受雷達(dá)探測范圍的限制，且安裝成本較高［15］。因此，本文設(shè)計了一種集紅外相機(jī)、可見光CCD相機(jī)、激光測距儀和GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)為一體的目標(biāo)方位測量系統(tǒng)，并結(jié)合傳感器組件的輸出信息與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換理論，建立了環(huán)境目標(biāo)方位測量模型。該系統(tǒng)既能感知和識別周圍環(huán)境目標(biāo)，又能獲取遠(yuǎn)距離目標(biāo)的位置（相對位置和絕對位置）、方位角和俯仰角、絕對速度。該研究成果將為USV在偵察與監(jiān)視、海洋測繪、海上搜救等方面的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 目標(biāo)方位測量系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 組成原理

USV目標(biāo)方位測量系統(tǒng)基本組成原理如圖1所示，系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、傳感器組件、電子學(xué)系統(tǒng)三個部分構(gòu)成。主要光電器件集成在球形二維轉(zhuǎn)臺內(nèi)，球形轉(zhuǎn)臺在方位與俯仰方向上轉(zhuǎn)動，克服無人船在行進(jìn)過程中的水面波動對掃描或跟蹤的影響，從而使系統(tǒng)的光學(xué)視軸始終處于水平面內(nèi)，同時輸出轉(zhuǎn)臺在執(zhí)行掃描或跟蹤過程中的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的方位角與俯仰角值。傳感器組件主要由紅外傳感器、可見光相機(jī)、激光測距機(jī)、GPS/INS組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成。電子學(xué)系統(tǒng)主要完成轉(zhuǎn)臺伺服控制、遙感溫度處理、圖像處理、測距計算、目標(biāo)特性計算等功能。

圖1 目標(biāo)方位測量系統(tǒng)組成原理

1.2 工作原理

無人船目標(biāo)方位測量系統(tǒng)工作原理如圖2所示。紅外傳感器與可見光相機(jī)獲得的光學(xué)視場內(nèi)的環(huán)境目標(biāo)，經(jīng)過圖像處理與圖像融合后完成目標(biāo)識別。選定特定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，通過轉(zhuǎn)臺連續(xù)在方位與俯仰上的調(diào)整使跟蹤目標(biāo)保持在光學(xué)視場中心。通過激光測距機(jī)完成對跟蹤目標(biāo)距離測量，GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出無人船體自身位置、姿態(tài)參數(shù)。將轉(zhuǎn)臺實時調(diào)整角度αi、βi，激光測距數(shù)據(jù)Mi，GPS/INS 組合系統(tǒng)輸出的緯度Bi、經(jīng)度Li、高程Hi，航向角yi、俯仰角pi、橫滾角ri進(jìn)行建模計算（符號中i表示同一時刻），得到被跟蹤目標(biāo)的相對位置與絕對位置特性參數(shù)，如果被跟蹤的目標(biāo)是運動目標(biāo)，通過對目標(biāo)連續(xù)跟蹤可以獲得被跟蹤目標(biāo)的速度與方位角參數(shù)。

圖2 目標(biāo)方位測量系統(tǒng)工作原理

2 目標(biāo)方位解算

2.1 傳感器組件參數(shù)坐標(biāo)系關(guān)系

當(dāng)無人船在自主航行過程中，一旦在光學(xué)視場中發(fā)現(xiàn)靜止或運動目標(biāo)，需要獲得目標(biāo)的位置、速度、姿態(tài)角（主要是方位角）等特性參數(shù)，以便指導(dǎo)其合理避障或路徑規(guī)劃，實際用于捕獲跟蹤目標(biāo)的光電吊艙系統(tǒng)如圖3（a）所示。目標(biāo)的位置、速度、航向等參數(shù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行描述。因此，需要將傳感器組件獲得的參數(shù)信息與相應(yīng)的坐標(biāo)系結(jié)合到一起進(jìn)行特性參數(shù)解算。傳感器參數(shù)與坐標(biāo)系統(tǒng)之間關(guān)系如圖3（b）所示。

圖3 系統(tǒng)實物圖以及傳感器組件輸出參數(shù)與坐標(biāo)系統(tǒng)之間關(guān)系

由圖3（b）描述出目標(biāo)點Pi(i=1,2)與傳感器組件輸出參數(shù)及坐標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系。圖中用到大地直角坐標(biāo)系OeXeYeZe、地理坐標(biāo)系OnXnYnZn、載體坐標(biāo)系ObXbYbZb。On系與Ob系坐標(biāo)原點重合，通過GPS獲得USV在Oe系下的坐標(biāo)，On系與Ob系三個坐標(biāo)軸之間的夾角分布為航向角y、俯仰角p、橫滾角r，三個角度值由GPS/INS系統(tǒng)聯(lián)合給出。M表示無人船原點與目標(biāo)點Pi(i=1,2)之間的距離，由激光測距機(jī)給出。二維轉(zhuǎn)臺對目標(biāo)跟蹤時目標(biāo)相對于Ob系（視軸坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合）在俯仰上轉(zhuǎn)角為β，在方位方向上為α，通過轉(zhuǎn)臺的角度傳感器給出。將上述參數(shù)與坐標(biāo)系統(tǒng)結(jié)合到一起，解算目標(biāo)Pi(i=1,2)的相對坐標(biāo)值（在Ob系下）、絕對位置、絕對速度（動目標(biāo)）、方位角（在Oe系下，動目標(biāo)時連續(xù)測量兩個運動點P1和P2，P1和P2的連線方向表示運動目標(biāo)的航向方向）。

2.2 目標(biāo)方位解算原理

（1）坐標(biāo)系統(tǒng)

根據(jù)圖3（b）所示，目標(biāo)方位解算時用到的坐標(biāo)系統(tǒng)如下：

WGS-84大地坐標(biāo)系：Oe系（Oe-XeYeZe）：WGS-84坐標(biāo)系原點是地球的質(zhì)心，X軸指向零子午面與赤道的交點，Z軸指向1984年規(guī)定的協(xié)議地球北極方向，Y軸與X軸、Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

地理坐標(biāo)系：On系（On-XnYnZn）：地理坐標(biāo)系用來表示載體所在位置，原點On一般取在載體的質(zhì)心，Zn軸沿地垂線指向天，Xn軸指向東方，Yn軸指向北方。它隨載體運動而相對地心慣性坐標(biāo)系運動。

載體坐標(biāo)系：Ob系（Ob-XbYbZb）載體坐標(biāo)系是與載體固連的右手直角坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點與地理坐標(biāo)系原點重合，當(dāng)載體坐標(biāo)系相對地理坐標(biāo)系的三軸姿態(tài)角為零時，其三軸指向與地理坐標(biāo)系三軸指向重合。Yb軸為載體縱軸并指向前進(jìn)方向；Xb軸沿載體橫軸向右，即指向前進(jìn)路線的右方。Zb軸垂直于Xb軸、Yb軸并構(gòu)成右手坐標(biāo)系。

在系統(tǒng)設(shè)置時使視軸方向與載體坐標(biāo)系的Y軸方向一致，即二維轉(zhuǎn)臺的坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系重合，因此省略了一個坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程，如果使用中二者不重合，需要采取相應(yīng)措施。目標(biāo)方位測量技術(shù)所采用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程如圖4所示。

圖4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程

（2）目標(biāo)位置與速度解算原理

目標(biāo)位置解算：以無人船艇為載體坐標(biāo)系的原點，由激光測距機(jī)探測距離M和二維轉(zhuǎn)臺角度傳感器輸出的方位角α和俯仰角β計算出目標(biāo)P1坐標(biāo)：

式中，(x1,y1,z1)為目標(biāo)在載體坐標(biāo)系下位置坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可求得目標(biāo)P1在WGS-84大地坐標(biāo)系下直角坐標(biāo)(X1,Y1,Z1)，即為絕對坐標(biāo)值，計算公式如下：

式中，(Xb,Yb,Zb)為船體自身位置坐標(biāo)；Cnb為載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣；Cen為地理坐標(biāo)系到WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣。

其中：

式中，y為船體的航向角；p為船體的俯仰角；r為船體的橫滾角。三個角度值由GPS/INS聯(lián)合給出。

式中，Bb、Lb為On(Ob)系坐標(biāo)原點的值，由GPS獲得。

目標(biāo)與USV之間的距離解算：目標(biāo)坐標(biāo)(Xi,Yi,Zi)(i=1,2,3)，USV船體自身位置坐標(biāo)(Xb,Yb,Zb)，其兩者距離理論值M′，公式如下：

運動目標(biāo)速度解算：如圖3（b）所示，如果P1點是運動目標(biāo)，通過公式（2）給出P1點在WGS-84坐標(biāo)系下坐標(biāo)(X1,Y1,Z1)，當(dāng)系統(tǒng)處于跟蹤狀態(tài)下，通過對P1點進(jìn)行連續(xù)跟蹤，當(dāng)P1點運動到P2點時，根據(jù)公式（2）獲得P2點坐標(biāo)(X2,Y2,Z2)，分別記錄下時刻t1與t2，在三個坐標(biāo)軸上的速度表示為：

則船體速度表示為：

（3）運動目標(biāo)姿態(tài)解算

在圖 3（b）中，P1與P2連線構(gòu)成基線P12，表示運動目標(biāo)的行進(jìn)方向，將P2點轉(zhuǎn)換到以根據(jù)P1為坐標(biāo)原點的地理坐標(biāo)系下坐標(biāo)(x2,y2,z2)，可以求得運動目標(biāo)姿態(tài)角，即方位角與俯仰角。解算過程如下：

式中，B1、L1為P1與點的緯度與經(jīng)度值，通過下式獲得：

則P12基線所表示運動目標(biāo)的方位角α12和俯仰角β12分別為：

通過上述過程實現(xiàn)環(huán)境目標(biāo)位置、速度、姿態(tài)（方位角、俯仰角）信息解算。

3 實驗測試及誤差分析

由于實驗條件的限制，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)提出了半實物仿真方案，采用距系統(tǒng)1 km范圍內(nèi)的兩個靜止點目標(biāo)當(dāng)作移動靶船的起始點，進(jìn)行實驗測試。實驗方案如圖5所示。

圖5 實驗方案

實驗前，以目標(biāo)方位測量系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，測試結(jié)果與收集到的參數(shù)信息進(jìn)行MATLAB誤差仿真分析。測量系統(tǒng)從起點P1到終點P2對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位，并在P2點對目標(biāo)進(jìn)行反復(fù)測量。最終，對系統(tǒng)的相關(guān)功能進(jìn)行了測試，并獲取了目標(biāo)參數(shù)和指標(biāo)。

3.1 測試條件及輸入?yún)?shù)

圖5中目標(biāo)方位測量系統(tǒng)放置在固定位置點處，其自身坐標(biāo)及姿態(tài)信息通過GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)測出，并進(jìn)行視軸標(biāo)校，使組合導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)軸系與目標(biāo)方位測量系統(tǒng)的坐標(biāo)軸系重合，降低由于坐標(biāo)系偏差而引入的系統(tǒng)誤差。在距離方位測量系統(tǒng)600～1 000 m位置處使用GPS系統(tǒng)測量出目標(biāo)的起點P1和終點位置P2。測量的坐標(biāo)點信息如表1所示，系統(tǒng)初始姿態(tài)角（y，p，r）分別為 5.13°、0.25°、0.87°。

根據(jù)目標(biāo)方位測量系統(tǒng)設(shè)計，其所搭載傳感器的性能指標(biāo)如表2所示。

由于模擬靜態(tài)實驗，測試過程中，目標(biāo)方位測量系統(tǒng)的視軸起始方向設(shè)置在真北（正北）方向上。用GPS測量目標(biāo)P1和P2點的實際位置和姿態(tài)角，且目標(biāo)方位測量系統(tǒng)對P2點測量300次，P2點相對于測量系統(tǒng)的位置信息分別為方位角α=16.37°，俯 仰 角β=-0.56°，測距 距離M=971.5m。最后將實驗測量值與實際值進(jìn)行比較，得出系統(tǒng)測量誤差。

3.2 實驗結(jié)果和分析

根據(jù)系統(tǒng)測量原理和上述實驗方案，首先對目標(biāo)的終點P2位置進(jìn)行300次測量，分析目標(biāo)的定位誤差。然后，系統(tǒng)對起始點P1和終點P2進(jìn)行多次測量，實時獲得30組目標(biāo)方位角和仰角數(shù)據(jù)，并與目標(biāo)的實際姿態(tài)角數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。分析得出了目標(biāo)方位測量系統(tǒng)的方位角和俯仰角誤差。

（1）目標(biāo)位置測量實驗

系統(tǒng)在相同位置和姿態(tài)下多次測量P2點，測試結(jié)果如圖6所示。

從實驗結(jié)果可以看出，由于存在各種誤差干擾源，測量值與真實值之間存在誤差。對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行RMSE（均方根誤差）統(tǒng)計分析，可以得出，系統(tǒng)測量目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、大地高誤差分布均服從均值μ=0的正態(tài)分布，且緯度誤差為2.35 × 10-5°，經(jīng)度誤差為3.76 × 10-5°，大地高誤差為2.85 m。轉(zhuǎn)換為空間坐標(biāo)誤差，X軸方向誤差為3.061 2 m，Y軸為2.725 4 m，Z軸為2.711 5 m。最終位置誤差為4.914 4 m。因此，目標(biāo)位置的測量精度為5 m。

（2）姿態(tài)測量實驗

當(dāng)對運動目標(biāo)姿態(tài)測量時，實際上是對目標(biāo)的體軸線進(jìn)行測量，從而獲得方位角與俯仰角信息，將目標(biāo)P1位置與P2位置構(gòu)成基線（該基線可以反映運動目標(biāo)姿態(tài)信息）模擬運動目標(biāo)。運動目標(biāo)方位誤差?α與俯仰誤差?β如圖7所示。

圖7 姿態(tài)角誤差

對圖7中的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理，得到?α=0.2710°，?β=0.2497°。可以看出，系統(tǒng)的總體姿態(tài)角測量誤差為0.3°。實際上，方位角是測量目標(biāo)姿態(tài)時所獲得的主要信息。該系統(tǒng)的方位角測量精度約為0.3°，能夠滿足USV對運動目標(biāo)姿態(tài)的感知要求。

3.3 誤差影響因素分析

由式（1）至式（5），目標(biāo)方位解算模型可以看出，目標(biāo)位置與姿態(tài)測量精度同USV位置、USV姿態(tài)、目標(biāo)相對USV的方位角、俯仰角、距離值有關(guān)，也受GPS誤差、IMU姿態(tài)傳感器誤差、光電吊艙轉(zhuǎn)臺角度傳感器誤差、激光測距誤差的綜合影響。為了得出各傳感器參數(shù)對目標(biāo)方位測量精度的影響，僅需在其他參數(shù)及其誤差都不變的情況下，改變其中一個參數(shù)的誤差值，代入目標(biāo)位置解算模型式（2）和姿態(tài)解算模型式（9），然后采用蒙特卡羅方法建立誤差模型，最后通過MATLAB仿真計算得出誤差的變化趨勢。

蒙特卡羅法的數(shù)學(xué)模型為：

其中，xi為目標(biāo)方位解算過程中各參數(shù)的測量值；?xi為其測量誤差；F為定位/定姿計算過程。

其目標(biāo)位置過程可寫為：

其中，X表示目標(biāo)位置解算過程的參數(shù)，包括：Bb、Lb、Hb、α、β、M、y、p、r。

由式（13）和式（14）得出位置測量誤差模型：

其中，?B、?L、?H為位置測量結(jié)果誤差；?X為各參數(shù)的誤差，且?X服從均值為0，方差為σ?X的正態(tài)分布。目標(biāo)姿態(tài)解算是根據(jù)目標(biāo)在不同時刻的位置結(jié)果而得出的，所以由位置結(jié)果代入式（9）求出誤差變化即可。

（1）USV位置誤差對目標(biāo)定位定姿精度的影響

在表1參數(shù)信息，以及系統(tǒng)初始姿態(tài)角y、p、r（5.13°、0.25°、0.87°）條件下，設(shè)置 USV 船載 GPS的誤差范圍為0～5 m，即經(jīng)緯度誤差在0～0.6×10-4°，其余參數(shù)的誤差不變，如表2所示。如圖8（a）和8（b）所示，目標(biāo)定位定姿的精度隨著USV位置誤差的增大而呈逐漸上升趨勢，目標(biāo)的經(jīng)緯度誤差影響較小，而大地高誤差從2 m增至5 m。

圖8 目標(biāo)位置和姿態(tài)測量精度隨USV位置誤差的變化

（2）USV姿態(tài)誤差對目標(biāo)定位定姿精度的影響

其他參數(shù)初始值及誤差均不變，將USV姿態(tài)角的誤差從 0°增至 0.2°，仿真結(jié)果如圖 9（a）和圖9（b）所示，位置測量誤差從4 m增至11 m。USV自主航行時姿態(tài)角數(shù)值變化并不大，而姿態(tài)角誤差對目標(biāo)定位定姿精度影響卻較為嚴(yán)重，所以實際應(yīng)用中需采用精度比較高的IMU姿態(tài)傳感器。并且，USV三個姿態(tài)角誤差和光電吊艙轉(zhuǎn)臺角度傳感器的方位角誤差、俯仰角誤差對目標(biāo)定位定姿精度的影響類似，這是因為兩者共同決定了光電吊艙的視軸指向角誤差。

圖9 目標(biāo)位置和姿態(tài)測量精度隨USV姿態(tài)誤差的變化

（3）目標(biāo)相對USV的距離對目標(biāo)定位定姿精度的影響

目標(biāo)相對USV的距離與USV的大地高這兩個參數(shù)值對目標(biāo)定位定姿誤差的影響較為相似，且有明顯的變化，但兩者參數(shù)的誤差變化對目標(biāo)定位定姿影響較小，此處不做討論。設(shè)其他參數(shù)初始值及誤差均不變，將相對距離從600 m增至1 200 m，其誤差變化仿真結(jié)果如圖10（a）和圖10（b）所示。其位置測量誤差與這兩個參數(shù)均近似地成正比關(guān)系，誤差隨相對距離的增大而增大。

圖10 目標(biāo)位置和姿態(tài)測量精度隨相對距離的變化

由于對目標(biāo)定位的誤差增大，運動目標(biāo)在時間間隔內(nèi)的起止點構(gòu)成的目標(biāo)姿態(tài)基線越長，則目標(biāo)姿態(tài)測量誤差越大。目標(biāo)姿態(tài)測量精度受相對USV距離和目標(biāo)起止點距離影響較深，距離越大誤差越大。

上文分析了各傳感器參數(shù)值及其誤差值對目標(biāo)方位測量精度的影響，且各參數(shù)誤差是相互獨立的零均值正態(tài)分布。綜合分析USV船載GPS精度導(dǎo)致的誤差σ1、IMU姿態(tài)傳感器誤差σ2、光電吊艙轉(zhuǎn)臺角度傳感器誤差σ3、激光測距誤差σ4對目標(biāo)方位測量誤差的影響，誤差計算方法采用均方根法，如式（16）所示。其最終誤差仿真結(jié)果為：目標(biāo)位置測量誤差5.549 m；目標(biāo)姿態(tài)測量誤差0.403°。實際系統(tǒng)測試結(jié)果在此誤差范圍內(nèi)，因此該目標(biāo)方位測量系統(tǒng)可滿足實際需求，在后續(xù)工作中可對其進(jìn)一步進(jìn)行濾波優(yōu)化升級。

4 結(jié)論

本文以無人船目標(biāo)方位測量技術(shù)為背景，研究了目標(biāo)特性參數(shù)的獲取求解。首先，給出目標(biāo)方位測量系統(tǒng)整體組成及工作原理，然后，建立動態(tài)目標(biāo)特性參數(shù)測量模型，最后，搭建模擬實驗系統(tǒng)對功能及系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行測試，并進(jìn)行了誤差分析。結(jié)果表明系統(tǒng)對目標(biāo)位置測量精度為5 m，對運動目標(biāo)姿態(tài)角測量精度0.3°，滿足無人船自主航行時對目標(biāo)位置及姿態(tài)測量的要求，且為后續(xù)無人船自主避障、路徑規(guī)劃提供有效數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。在實際應(yīng)用中，提高自身定位定姿精度，將使系統(tǒng)整體感知精度提高，例如，自身使用差分GPS獲得位置信息。下一步將研究如何實現(xiàn)無人船自主航行時，對水面多個目標(biāo)同時進(jìn)行實時精確的定位定姿。