UUV与水下移动平台对接的误差信息修正方法研究

发布时间：2020-05-22 20:54

【摘要】：随着世界经济的不断发展,世界市场对石油、天然气和天然气水合物等能源的需求量越来越大。由于这些天然能源大量储存于海洋环境中,海洋环境的影响是制约因此海上油气田生产规模,开采深度和经济收入的主要因素,建立一种基于深海空间站的海上油气田是解决问题的一个好方法。同时,为了维持深海空间站各个系统的正常工作,通常由UUV来进行物资能源的补给和输送,而UUV准确地定位移动中空间站的位置并成功与其对接十分重要。因此有必要对UUV与深海移动平台对接的误差情况进行详细分析。首先,研究USBL定位系统的基本组成和工作原理,并对其定位误差产生的原因进行深入分析,对系统中的坐标转换公式和误差误差公式进行详细推导。并且针对本文移动平台对接的特殊性,提出一种灰色神经网络预测算法对移动平台运动轨迹进行预测。其次,分析经典卡尔曼滤波算法,并结合水下对接环境中的噪声工况说明经典卡尔曼滤波的局限性;由此引出sage-husa自适应卡尔曼滤波算法,设计一种时变噪声统计估值器,以实时估计和修正系统噪声和观测噪声的统计特性。并在进行详细公式推导分析的基础上对sage-husa自适应滤波算法进行优化,并给出一种预报残差的方法求取遗忘因子。最后,把卡尔曼滤波和改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波分别对仿真试验和外场试验的数据进行处理和分析,目的是通过分析结果确定,相比于卡尔曼滤波,改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波具有更高的精度和收敛速度,能够有效减小水下对接时的误差。
【图文】：

对接平台,位置关系

运行中的ＵＵＶ在接近对接平台位置时，通过ＵＳＢＬ定位系统与对接平台进行声通逡逑信，由ＵＵＶ上的基阵发射声信号，对接平台上的应答器接收到该信号时，可以通过接逡逑收信号时基阵换能器的位置，计算出ＵＵＶ距离平台的方位角，并将解算出的位置信息逡逑以脉冲信号的发回；当ＵＵＶ收到返回信号时，即可根据声信号时延差和此时水中声速逡逑计算出ＵＵＶ和平台间的距离，并将其信息整合发送至ＵＵＶ管理系统［１（）４１］。逡逑当ＵＵＶ管理系统收到ＵＳＢＬ定位信息后，即可通过相应算法生成控制指令发送至逡逑ＵＵＶ的控制和动力系统，操控ＵＵＶ进行水下对接运动。逡逑ＵＵＶ开始进行水下对接任务时，，可以根据ＵＵＶ离对接平台的距离将对接过程分为逡逑以下４个阶段：第１是搜索阶段，主要目的是搜寻ＵＳＢＬ发出的声信号，并通过接收到逡逑的信号对ＵＵＶ的运动信息进行调整；第２是寻点阶段，主要是根据对接平台的绝对位逡逑置信息控制ＵＵＶ航行至与对接平台的开口在同一直线上；第３是引导阶段，主要是不逡逑断调整ＵＵＶ的姿态以保证其始终向着对接平台开口方向前进；第４是对接阶段，依据逡逑定位信息，保持稳定姿态前行直到对接完成。ＵＵＶ水下对接的阶段划分示意如图１．２所逡逑

示意图,示意图,回收方式,水下对接

末程逦近程逦中程逦远程逡逑＂？邋攦逦？，逦？邋＜邋丨■■邋■逦？逡逑图１．２对接基站位置关系图逡逑水下对接回收方法概述逡逑回收方式逡逑回收方式一般分为以下两种：水上回收和水下回收。水上回取漂浮在水面的ＵＵＶ，以完成回收过程［１２］。如图１．３所示。全稳定，低智能性要求是ＵＵＶ水面回收的优点，不过该方海面风浪较大时，母船可能存在严重的摇晃，ＵＵＶ浮出水面仅降低了对接成功率，同时增加了工作人员和ＵＵＶ的安全风重消耗能源；也无法保护ＵＵＶ的隐蔽性。逡逑
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.941;TE54

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