基于AUV的水下信标定位算法及误差分析
发布时间：2021-02-11 00:14
近年来,声学导航系统在海洋科学研究、海洋导航等领域的应用越来越广泛,尤其是水下潜航器方面的应用。水下信标是声学导航系统的重要组成部分,是决定声学导航定位系统精度的关键因素,因此研究水下信标的定位问题具有很强的实际应用价值。目前针对水下信标定位工作主要通过测量船利用绝对测阵或相对测阵技术在海面进行定位工作,采用此种方法在定位的过程中极可能会暴露水下信标的位置,为了保证定位工作的隐蔽性,本文提出了基于AUV的水下信标定位方法,主要研究内容如下:1.进行基于AUV的水下信标定位系统的总体设计,通过对本课题的需求分析研究基于AUV的水下信标定位具体过程,确定水下信标定位方案,然后通过查阅资料确定本课题所用设备的技术指标,最后对水下信标定位算法进行理论分析,并结合水下信标定位过程确定误差来源。2.设计面向信标定位的AUV海面航路,首先基于圆交汇模型分析各参数测量误差和AUV机动对水下信标定位误差的影响。主要在考虑测距误差的情况下设计用于单信标定位的三个测量点组成的测量阵的阵型以及单测量点到相应待测水下信标的距离,并确定每个数据录取点处测量个数的数值大小。最后基于单信标定位的相关研究,确定用于水下...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下惯性导航系统
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-表2-2水下导航系统相关技术指标技术指标数值定位精度无辅助2分钟6m无辅助5分钟40m纯惯导模式1nmiles/hGPS辅助1-5m差分GPS辅助0.01-1mRTK差分GPS辅助2－5cmLBL辅助5m(信标阵内)DVL辅助0.2%航程尺寸180×180×160mm重量4.7kg配电要求24VDC功耗<17W工作环境要求角速度范围±300o/s加速度范围±10g运动姿态无限制工作温度-10oC-+50oC存贮温度-40oC－+80oC可靠性6,000h2.4.3深度计相关技术指标惯性导航系统是通过测量加速度计的数值大小，并通过积分运算解算得到AUV的速度和位置信息的，随着时间的增长，会产生逐渐累积的位置误差。当AUV在水下运动时，纯惯导提供的深度信息不稳定，深度信息可以由原理简单、稳定性强、目前研究比较成熟的深度计提供。本课题中所采用的深度计器件为如图2-5所示的瑞士KELLER公司的压力变送器PA-33X。图2-5压力变送器PA-33X
牧斓颊摺?A-33X相关技术指标如表2-3所示。表2-3深度计相关技术指标技术指标数值量程0-500bar精度±0.01%FS(量程)2.4.4水声设备相关技术参数AUV在数据录取点处需要获取的数据除惯性导航系统提供的AUV位置数据外，还有AUV到待测水下信标之间的距离。电磁波通信、光通信以及量子通信都具有有限的水下通信距离，而声波在水下的信号衰减较小，传输距离远，可以从几百米延伸至几十千米。本课题中用于水下距离测量的设备为中国科学声学研究所东海研究所的水下声学应答释放器和测距仪。本课题所用的水下声学应答释放器如图2-6所示，应答器与声学释放器的结合体，兼有信标功能、测距功能、测深功能和姿态测量功能，广泛应用于水下定位系统、海底打捞、潜艇定位与导航、海洋环境监测、海上石油勘探。水下声学释放器即本课题中的待测水下信标，能够与测距仪结合实现测距功能。图2-6水下声学应答释放器水下声学应答释放器的技术指标如表2-4所示，测距仪安装在AUV上，用于向海底应答释放器发出水声遥控指令并接收海底应答释放器的指令应答信号，实现与应答释放器之间的水声数据传输和指令信息传送；测距仪还可以发询问声信号并接收应答声脉冲，实现水声测距功能。并且采用编码技术，同时可控制多个应答释放器，具有串口、网络、USB多种通信接口。广泛应用于水下定位系统、海底打捞、潜艇、深水潜器等定位与导航、海洋环境监测、海上石油勘探。测距仪的相
本文编号：3028206
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下惯性导航系统
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-12-表2-2水下导航系统相关技术指标技术指标数值定位精度无辅助2分钟6m无辅助5分钟40m纯惯导模式1nmiles/hGPS辅助1-5m差分GPS辅助0.01-1mRTK差分GPS辅助2－5cmLBL辅助5m(信标阵内)DVL辅助0.2%航程尺寸180×180×160mm重量4.7kg配电要求24VDC功耗<17W工作环境要求角速度范围±300o/s加速度范围±10g运动姿态无限制工作温度-10oC-+50oC存贮温度-40oC－+80oC可靠性6,000h2.4.3深度计相关技术指标惯性导航系统是通过测量加速度计的数值大小，并通过积分运算解算得到AUV的速度和位置信息的，随着时间的增长，会产生逐渐累积的位置误差。当AUV在水下运动时，纯惯导提供的深度信息不稳定，深度信息可以由原理简单、稳定性强、目前研究比较成熟的深度计提供。本课题中所采用的深度计器件为如图2-5所示的瑞士KELLER公司的压力变送器PA-33X。图2-5压力变送器PA-33X
牧斓颊摺?A-33X相关技术指标如表2-3所示。表2-3深度计相关技术指标技术指标数值量程0-500bar精度±0.01%FS(量程)2.4.4水声设备相关技术参数AUV在数据录取点处需要获取的数据除惯性导航系统提供的AUV位置数据外，还有AUV到待测水下信标之间的距离。电磁波通信、光通信以及量子通信都具有有限的水下通信距离，而声波在水下的信号衰减较小，传输距离远，可以从几百米延伸至几十千米。本课题中用于水下距离测量的设备为中国科学声学研究所东海研究所的水下声学应答释放器和测距仪。本课题所用的水下声学应答释放器如图2-6所示，应答器与声学释放器的结合体，兼有信标功能、测距功能、测深功能和姿态测量功能，广泛应用于水下定位系统、海底打捞、潜艇定位与导航、海洋环境监测、海上石油勘探。水下声学释放器即本课题中的待测水下信标，能够与测距仪结合实现测距功能。图2-6水下声学应答释放器水下声学应答释放器的技术指标如表2-4所示，测距仪安装在AUV上，用于向海底应答释放器发出水声遥控指令并接收海底应答释放器的指令应答信号，实现与应答释放器之间的水声数据传输和指令信息传送；测距仪还可以发询问声信号并接收应答声脉冲，实现水声测距功能。并且采用编码技术，同时可控制多个应答释放器，具有串口、网络、USB多种通信接口。广泛应用于水下定位系统、海底打捞、潜艇、深水潜器等定位与导航、海洋环境监测、海上石油勘探。测距仪的相
本文编号：3028206
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