理论教育 信息熵在自主水下航行器导航中的应用

信息熵在自主水下航行器导航中的应用

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:利用信息熵反应组网中AUV[4]可用的周围观测数据的质量,通过计算信息熵,得到用于协同导航观测数据的互信息,量测的互信息越大,量测越优,即AUV定位的准确度越高,进而建立性能函数用以度量某个量测的价值,就能计算出来组网AUV系统的整个量测的价值,得到一种组网AUV协同导航算法。

信息熵在自主水下航行器导航中的应用

在实际的协同导航工程应用中,仅通过改进滤波算法来提高协同导航精度的作用是有限的,应该同时结合观测量的选取来提高导航精度。根据信息论的理论可知,信息熵表示新量测更新前状态X(k)的不确定性,互信息表示新量测带来的信息量。某个量测对应的互信息越大,也就意味着该量测带来的信息量越大、量测越优,经过量测融合后状态的不确定性越小,协同导航精度越高,即该量测是最大信息量意义上的最优量测。

利用信息熵反应组网中AUV[4]可用的周围观测数据的质量,通过计算信息熵,得到用于协同导航观测数据的互信息,量测的互信息越大,量测越优,即AUV定位的准确度越高,进而建立性能函数用以度量某个量测的价值,就能计算出来组网AUV系统的整个量测的价值,得到一种组网AUV协同导航算法。

卡尔曼滤波算法的思想中对随机变量的描述使用的是概率密度函数,而信息熵正是对随机变量的概率密度函数进行积分计算得到的。协同导航就是需要根据观测量完成对状态量的估计,进行多AUV的协同导航就是要使得状态量估计的不确定性的减小量最大,也就是需要信息熵的减少量达到最大,就是互信息达到最大。可以通过建立一定的性能函数对所获取的观测量进行筛选,挑选一定数量性能较高的量测进行协同导航解算。

在n个AUV组成的组网中,对于任意AUVi,i=1~n,由信息熵定义可知,在k时刻新息到来之前,其信息熵为:

在新息到来后,其信息熵为:(www.daowen.com)

其互信息为:

由式可知N维高斯随机序列信源的信息熵为:

假设AUV的状态变量服从高斯分布,则AUV的互信息为:

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