26、三个水面机器人对潜水员的外部导航监督

三个水面机器人对潜水员的外部导航监督

1. 总体场景

在海洋应用中，通过一组自主水面航行器（ROs）对潜水员（目标）进行定位是一个重要的问题。与之前讨论的静态导航问题不同，这里假设潜水员和水面航行器都处于持续运动状态。水面航行器可以通过类似GPS的GNSS高精度确定自身位置，所有成员都配备了声学无线电调制解调器，可在成功通信时对发送者和接收者之间的距离进行有噪声的测量。

这个场景与经典的GIB概念有相似之处。在经典GIB中，目标以固定时间间隔发射声学ping信号，RO测量到达时间（TOA），并根据已知的发射时间和声音速度计算信号运行时间和距离。但在当前场景中，当声学信号到达RO时，目标很可能已经移动，这使得简单的定位算法无法使用。因此，需要结合目标运动的先验知识和实际测量值，采用估计概念和前后传播策略。

在一些研究项目中，潜水员会预先规划潜水路径，并携带用于声学通信的设备、惯性测量单元和计算硬件。RO测量与潜水员的距离并估计其位置，然后通过声学通道为潜水员提供航向修正建议，这些信息可以通过安装在潜水员护目镜上的发光二极管（LED）阵列呈现给潜水员。

2. 借鉴GIB概念的解决方案

2.1 目标模型

目标采用离散时间运动学模型，即具有恒定转弯率的随机游走（RWCTR），该模型适用于圆形运动路径。假设采样时间 $t_{step}$ 恒定，使用计数变量 $k \in \mathbb{N} 0$ 描述时间实例 $\mathbf{x}(k) = \mathbf{x}(t_k = k \cdot t {step})$。

由于潜水员设备中的标准深度单元可以提供高精度的深度测量值，并且这