模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法研究
发布时间：2021-01-25 01:20
水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）作为一种自主能力强、可控制性好、续航时间长的海洋装备,在海洋开发和勘探方面发挥着越来越重要的作用。高精度的导航定位系统是UUV安全作业及返航的重要保障。航位推算算法是一种UUV常用的自主导航定位方法,主要依赖于多普勒测速仪（DVL）和姿态传感器测得的航速信息以及姿态信息进行推算得到位置信息。若在UUV水下作业时,DVL发生故障或测量数据失效将会产生极大的导航定位误差,导致UUV偏航甚至丢失。为此,文本对模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位算法进行了研究,用于提高UUV导航定位系统的鲁棒性和稳定性。具体看研究内容如下:首先,建立大地坐标系和UUV运动坐标系,构建坐标系之间的转换矩阵。在此基础上,建立UUV运动学以及动力学模型,并考虑到流干扰对UUV的影响,研究了流干扰下的UUV数学模型。通过操控性仿真实验验证了所建的UUV数学模型的正确性。其次,对UUV作业区域的流估计技术进行了研究。当UUV处于初始航行状态下时,根据UUV距海底的距离是否超过DVL的测距,将流估计技术分为浅海和深海两个方面进行研究。浅海环...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
UUV的军事及民用领域应用UUV水下作业时，UUV导航定位系统决定着UUV是否能够达到作业区域完成指
图 1. HUGIN 1000 地形导航系统 图 1. MBARI Dorado 配置美国斯坦福大学与蒙特利海湾水下研究机构共同研发一种低成本的地形导航方法，适用于水下运载器长时间、大距离的航行作业[14]。该方法研究漂移误差和航向对地形导航结果的影响，其水下运载器搭载廉价的声呐和低精度的 INS ，测量设备采用深度计和 DVL。在 2008 年四月的加利福尼亚蒙特利海湾海试中，水下航行器“MBARI Dorado”搭载低精度的测量设备进行地形匹配导航定位试验，研究了姿态角对定位的敏感度、定量分析了影响导航收敛距离的因素验证了该方法的可行性，其导航定位精度为4-10m[15]。1.2.2.2 重力场辅助导航重力场辅助导航的基本在原理与上文地形匹配导航一样，将敏感重力传感器不断测得测得重力场特征值与事先存储的重力分布图进行比较，从而实现水下航行器导航定位。该方法导航过程中，不产生辐射、不需要外部坐标，是一种无源导航技术。水下航行器航行中无需上浮至水面、无辐射、不受时间的限制，因此具有较好的隐蔽性。但重力场匹配导航比较适合用于地理特种变化大的海域，具有一定的限制性，常用来辅助INS进行导航定位。最具有代表性的的研究成果有美国 Lockheed Martin 公司研发的重力导
图 1. HUGIN 1000 地形导航系统 图 1. MBARI Dorado 配置美国斯坦福大学与蒙特利海湾水下研究机构共同研发一种低成本的地形导航方法，适用于水下运载器长时间、大距离的航行作业[14]。该方法研究漂移误差和航向对地形导航结果的影响，其水下运载器搭载廉价的声呐和低精度的 INS ，测量设备采用深度计和 DVL。在 2008 年四月的加利福尼亚蒙特利海湾海试中，水下航行器“MBARI Dorado”搭载低精度的测量设备进行地形匹配导航定位试验，研究了姿态角对定位的敏感度、定量分析了影响导航收敛距离的因素验证了该方法的可行性，其导航定位精度为4-10m[15]。1.2.2.2 重力场辅助导航重力场辅助导航的基本在原理与上文地形匹配导航一样，将敏感重力传感器不断测得测得重力场特征值与事先存储的重力分布图进行比较，从而实现水下航行器导航定位。该方法导航过程中，不产生辐射、不需要外部坐标，是一种无源导航技术。水下航行器航行中无需上浮至水面、无辐射、不受时间的限制，因此具有较好的隐蔽性。但重力场匹配导航比较适合用于地理特种变化大的海域，具有一定的限制性，常用来辅助INS进行导航定位。最具有代表性的的研究成果有美国 Lockheed Martin 公司研发的重力导
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[2]服务海洋强国战略,加强海洋意识教育[J]. 曹献坤. 新教育. 2017(22)
[3]水下无人系统发展现状及其关键技术[J]. 潘光,宋保维,黄桥高,施瑶. 水下无人系统学报. 2017(02)
[4]非卫星水下导航定位技术综述[J]. 尹伟伟,郭士荦. 舰船电子工程. 2017(03)
[5]UTP/DR组合导航算法研究[J]. 严浙平,邓超,李本银,赵玉飞. 计算机工程与应用. 2014(19)
[6]基于UUV动力学模型的导航方法[J]. 严浙平,吴迪,周佳加,徐健. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[7]单信标距离测量的AUV导航方法[J]. 张淼,李闻白,王冬. 西安工业大学学报. 2012(07)
[8]基于UUV动力学模型的实时海流估计方法研究[J]. 严浙平,吴迪,周佳加,郝丽超. 中国造船. 2012(01)
[9]一种考虑洋流影响的AUV组合导航算法[J]. 张福斌,鲍鸿杰,段小伟,沈俊元. 计算机测量与控制. 2012(02)
[10]基于操纵运动方程和稳健滤波的水下导航信息融合算法[J]. 栾禄雨,朱海,蔡鹏. 大连海事大学学报. 2011(03)
博士论文
[1]UTP辅助UUV导航误差校准方法研究[D]. 邓超.哈尔滨工程大学 2015
[2]水下重力场辅助导航定位关键技术研究[D]. 张红伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]基于扁平UUV动力学模型的导航定位与路径跟随控制方法研究[D]. 周佳加.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]AUV动力学模型研究及在组合导航中的应用[D]. 王阳阳.东南大学 2016
[2]长基线水声定位系统DSP平台的设计与实现[D]. 陈波.电子科技大学 2015
[3]模型辅助导航下海流与UUV航速估计方法研究[D]. 邓力榕.哈尔滨工程大学 2014
[4]AUV模型辅助捷联惯导组合导航方法研究[D]. 丁薇.哈尔滨工程大学 2014
[5]基于GPS/INS组合定位系统的滤波算法的研究与仿真[D]. 王晓伟.西南交通大学 2013
[6]基于超短基线的水下自主航行器回收导航策略的研究与仿真[D]. 卢正华.浙江大学 2013
[7]微小型观探测UUV水下组合导航技术的研究[D]. 张宏德.哈尔滨工程大学 2013
[8]智能水下机器人导航修正方法研究[D]. 于洋.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于航迹的单点应答器测距AUV组合导航定位技术研究[D]. 赵开斌.哈尔滨工程大学 2013
[10]基于UTP的UUV远程航海水下位置校准及控制方法研究[D]. 王久光.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：2998275
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
UUV的军事及民用领域应用UUV水下作业时，UUV导航定位系统决定着UUV是否能够达到作业区域完成指
图 1. HUGIN 1000 地形导航系统 图 1. MBARI Dorado 配置美国斯坦福大学与蒙特利海湾水下研究机构共同研发一种低成本的地形导航方法，适用于水下运载器长时间、大距离的航行作业[14]。该方法研究漂移误差和航向对地形导航结果的影响，其水下运载器搭载廉价的声呐和低精度的 INS ，测量设备采用深度计和 DVL。在 2008 年四月的加利福尼亚蒙特利海湾海试中，水下航行器“MBARI Dorado”搭载低精度的测量设备进行地形匹配导航定位试验，研究了姿态角对定位的敏感度、定量分析了影响导航收敛距离的因素验证了该方法的可行性，其导航定位精度为4-10m[15]。1.2.2.2 重力场辅助导航重力场辅助导航的基本在原理与上文地形匹配导航一样，将敏感重力传感器不断测得测得重力场特征值与事先存储的重力分布图进行比较，从而实现水下航行器导航定位。该方法导航过程中，不产生辐射、不需要外部坐标，是一种无源导航技术。水下航行器航行中无需上浮至水面、无辐射、不受时间的限制，因此具有较好的隐蔽性。但重力场匹配导航比较适合用于地理特种变化大的海域，具有一定的限制性，常用来辅助INS进行导航定位。最具有代表性的的研究成果有美国 Lockheed Martin 公司研发的重力导
图 1. HUGIN 1000 地形导航系统 图 1. MBARI Dorado 配置美国斯坦福大学与蒙特利海湾水下研究机构共同研发一种低成本的地形导航方法，适用于水下运载器长时间、大距离的航行作业[14]。该方法研究漂移误差和航向对地形导航结果的影响，其水下运载器搭载廉价的声呐和低精度的 INS ，测量设备采用深度计和 DVL。在 2008 年四月的加利福尼亚蒙特利海湾海试中，水下航行器“MBARI Dorado”搭载低精度的测量设备进行地形匹配导航定位试验，研究了姿态角对定位的敏感度、定量分析了影响导航收敛距离的因素验证了该方法的可行性，其导航定位精度为4-10m[15]。1.2.2.2 重力场辅助导航重力场辅助导航的基本在原理与上文地形匹配导航一样，将敏感重力传感器不断测得测得重力场特征值与事先存储的重力分布图进行比较，从而实现水下航行器导航定位。该方法导航过程中，不产生辐射、不需要外部坐标，是一种无源导航技术。水下航行器航行中无需上浮至水面、无辐射、不受时间的限制，因此具有较好的隐蔽性。但重力场匹配导航比较适合用于地理特种变化大的海域，具有一定的限制性，常用来辅助INS进行导航定位。最具有代表性的的研究成果有美国 Lockheed Martin 公司研发的重力导
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外无人水下航行器装备与技术现状及展望[J]. 钟宏伟. 水下无人系统学报. 2017(04)
[2]服务海洋强国战略,加强海洋意识教育[J]. 曹献坤. 新教育. 2017(22)
[3]水下无人系统发展现状及其关键技术[J]. 潘光,宋保维,黄桥高,施瑶. 水下无人系统学报. 2017(02)
[4]非卫星水下导航定位技术综述[J]. 尹伟伟,郭士荦. 舰船电子工程. 2017(03)
[5]UTP/DR组合导航算法研究[J]. 严浙平,邓超,李本银,赵玉飞. 计算机工程与应用. 2014(19)
[6]基于UUV动力学模型的导航方法[J]. 严浙平,吴迪,周佳加,徐健. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(11)
[7]单信标距离测量的AUV导航方法[J]. 张淼,李闻白,王冬. 西安工业大学学报. 2012(07)
[8]基于UUV动力学模型的实时海流估计方法研究[J]. 严浙平,吴迪,周佳加,郝丽超. 中国造船. 2012(01)
[9]一种考虑洋流影响的AUV组合导航算法[J]. 张福斌,鲍鸿杰,段小伟,沈俊元. 计算机测量与控制. 2012(02)
[10]基于操纵运动方程和稳健滤波的水下导航信息融合算法[J]. 栾禄雨,朱海,蔡鹏. 大连海事大学学报. 2011(03)
博士论文
[1]UTP辅助UUV导航误差校准方法研究[D]. 邓超.哈尔滨工程大学 2015
[2]水下重力场辅助导航定位关键技术研究[D]. 张红伟.哈尔滨工程大学 2013
[3]基于扁平UUV动力学模型的导航定位与路径跟随控制方法研究[D]. 周佳加.哈尔滨工程大学 2012
硕士论文
[1]AUV动力学模型研究及在组合导航中的应用[D]. 王阳阳.东南大学 2016
[2]长基线水声定位系统DSP平台的设计与实现[D]. 陈波.电子科技大学 2015
[3]模型辅助导航下海流与UUV航速估计方法研究[D]. 邓力榕.哈尔滨工程大学 2014
[4]AUV模型辅助捷联惯导组合导航方法研究[D]. 丁薇.哈尔滨工程大学 2014
[5]基于GPS/INS组合定位系统的滤波算法的研究与仿真[D]. 王晓伟.西南交通大学 2013
[6]基于超短基线的水下自主航行器回收导航策略的研究与仿真[D]. 卢正华.浙江大学 2013
[7]微小型观探测UUV水下组合导航技术的研究[D]. 张宏德.哈尔滨工程大学 2013
[8]智能水下机器人导航修正方法研究[D]. 于洋.哈尔滨工程大学 2013
[9]基于航迹的单点应答器测距AUV组合导航定位技术研究[D]. 赵开斌.哈尔滨工程大学 2013
[10]基于UTP的UUV远程航海水下位置校准及控制方法研究[D]. 王久光.哈尔滨工程大学 2013
本文编号：2998275
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/2998275.html
