主从式AUV协同定位算法研究
发布时间：2022-01-08 18:11
如今,自主水下潜器无论在军事侦察与监视、反潜与巡逻、还是海洋监测、石油开采、潜水支援等领域都发挥着重要作用。AUV在某些应用场景下,可能无法持续获得外界的GPS信息、没有母船跟踪,也无法通过地形匹配信息或重力来获得自身的位置信息,AUV的定位能力将大幅度下降。针对以上方式的弊端,通过各AUV之间进行信息共享而使团队中所有AUV的定位精度都得到提升,并且使误差有界的方法逐渐成为水下AUV定位的主流研究方向,被称之为协同定位。本文针对主从式AUV协同定位系统,建立了一种基于扩展卡尔曼滤波的协同定位算法模型,以主AUV为参考,运用主从AUV之间的距离和速度信息作为观测量,提高从AUV的定位精度,使主、从AUV的定位精度达到同一量级。针对水下观测信息不足、量测数据更新率低而直接导致系统可观测性弱的问题,对定位系统的可观测性进行理论分析,结合矩阵条件数理论对系统的可观测性条件定量分析并进行仿真验证,证明了系统可观测性对最终定位精度的直接影响。由于水声信道的时变性与噪声干扰的复杂性,导致声学测距时常出现异常测量值。通过结合自适应抗野值滤波的算法模型,提高了算法对量测噪声的抗差能力,提升了系统的定位...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AOSN2003年海上试验示意图
图 1.1 AOSN 2003 年海上试验示意图 图 1.2 GREX 试验多 AUV 轨迹 GPS2010 年到 2014 年，由葡萄牙波尔多大学和葡萄牙海军提出的快速环境感知大西洋试验计划[39]（Rapid Environmental Picture Atlantic exercise，REP-Atlantic），每年的海试试验都会联合美国、瑞典、英国等科研机构进行 AUV 和 USV 协同作业试验，并对水下通信、协同控制方法等方面进行试验[40]，2015 年 7 月在葡萄牙亚速尔群岛进行试验，该试验的其中一部分是利用 AUV 的传感器探测远洋捕食者，获得生物特征和生物能量数据，其中两个 AUV 被派到鲸鱼可能出现的环境中进行采样。图 1.4 为两个 AUV 进行协同试验利用温度盐度深度探测器探测得到的温度值[41]。2014 年到 2016 年，麻省理工海洋工程中心和麻省理工 Lincoln 实验室开展了多科学仿真、估计与同化系统[42]（Multidiscplinary Simulation EstimationAssimilation System，MSEAS），讨论了基于时间最优化、能量最优化的路径规划问题，并于 2016 年在 Buzzard湾开展了海试试验，具体完成了两个试验，分别使 AUV 遵循时间最优路径和起点终点最短距离路径进行试验，并通过海洋预报和操作约束条件对最优路径进行完善，将预测最优路径传入 AUV 操作系统，根据计划对 AUV 路径进行指导，最终证明时间最优路径规划所花时间最短[43]。
REP-Atlantic项目的AUV/USV
【参考文献】：
期刊论文
[1]水声导航、定位技术发展趋势探讨[J]. 孙大军,郑翠娥. 海洋技术学报. 2015(03)
[2]SINS/DVL组合导航系统的标定[J]. 于玖成,何昆鹏,王晓雪. 智能系统学报. 2015(01)
[3]基于双主交替领航的多AUV协同导航方法[J]. 高伟,刘亚龙,徐博,唐李军. 哈尔滨工程大学学报. 2014(06)
[4]基于水声通信延迟的多UUV协同定位算法[J]. 高伟,杨建,刘菊,徐博,史宏洋. 系统工程与电子技术. 2014(03)
[5]基于双领航者的多AUV协同导航系统可观测性分析[J]. 高伟,刘亚龙,徐博. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[6]多UUV沿多条给定路径运动的协调编队控制[J]. 边信黔,牟春晖,严浙平. 哈尔滨工业大学学报. 2013(01)
[7]卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性[J]. 魏伟,秦永元,张晓冬,张亚崇. 测控技术. 2012(12)
[8]一种基于量测伪距的EKF移动长基线AUV协同导航方法[J]. 刘明雍,黄博,蔡挺. 鱼雷技术. 2012(06)
[9]水声定位系统在海洋工程中的应用[J]. 孙大军,郑翠娥,钱洪宝,李昭. 声学技术. 2012(02)
[10]模糊自适应无迹卡尔曼滤波方法用于天文导航[J]. 张迎春,李璟璟,吴丽娜,李化义. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
博士论文
[1]多水下航行器协同定位算法研究[D]. 刘亚龙.哈尔滨工程大学 2015
[2]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[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
[4]惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D]. 丁国强.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]基于多元信息融合的AUV惯性导航系统方法研究[D]. 于聪.中国海洋大学 2012
[2]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 吕召鹏.国防科学技术大学 2011
本文编号：3577037
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
AOSN2003年海上试验示意图
图 1.1 AOSN 2003 年海上试验示意图 图 1.2 GREX 试验多 AUV 轨迹 GPS2010 年到 2014 年，由葡萄牙波尔多大学和葡萄牙海军提出的快速环境感知大西洋试验计划[39]（Rapid Environmental Picture Atlantic exercise，REP-Atlantic），每年的海试试验都会联合美国、瑞典、英国等科研机构进行 AUV 和 USV 协同作业试验，并对水下通信、协同控制方法等方面进行试验[40]，2015 年 7 月在葡萄牙亚速尔群岛进行试验，该试验的其中一部分是利用 AUV 的传感器探测远洋捕食者，获得生物特征和生物能量数据，其中两个 AUV 被派到鲸鱼可能出现的环境中进行采样。图 1.4 为两个 AUV 进行协同试验利用温度盐度深度探测器探测得到的温度值[41]。2014 年到 2016 年，麻省理工海洋工程中心和麻省理工 Lincoln 实验室开展了多科学仿真、估计与同化系统[42]（Multidiscplinary Simulation EstimationAssimilation System，MSEAS），讨论了基于时间最优化、能量最优化的路径规划问题，并于 2016 年在 Buzzard湾开展了海试试验，具体完成了两个试验，分别使 AUV 遵循时间最优路径和起点终点最短距离路径进行试验，并通过海洋预报和操作约束条件对最优路径进行完善，将预测最优路径传入 AUV 操作系统，根据计划对 AUV 路径进行指导，最终证明时间最优路径规划所花时间最短[43]。
REP-Atlantic项目的AUV/USV
【参考文献】：
期刊论文
[1]水声导航、定位技术发展趋势探讨[J]. 孙大军,郑翠娥. 海洋技术学报. 2015(03)
[2]SINS/DVL组合导航系统的标定[J]. 于玖成,何昆鹏,王晓雪. 智能系统学报. 2015(01)
[3]基于双主交替领航的多AUV协同导航方法[J]. 高伟,刘亚龙,徐博,唐李军. 哈尔滨工程大学学报. 2014(06)
[4]基于水声通信延迟的多UUV协同定位算法[J]. 高伟,杨建,刘菊,徐博,史宏洋. 系统工程与电子技术. 2014(03)
[5]基于双领航者的多AUV协同导航系统可观测性分析[J]. 高伟,刘亚龙,徐博. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[6]多UUV沿多条给定路径运动的协调编队控制[J]. 边信黔,牟春晖,严浙平. 哈尔滨工业大学学报. 2013(01)
[7]卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性[J]. 魏伟,秦永元,张晓冬,张亚崇. 测控技术. 2012(12)
[8]一种基于量测伪距的EKF移动长基线AUV协同导航方法[J]. 刘明雍,黄博,蔡挺. 鱼雷技术. 2012(06)
[9]水声定位系统在海洋工程中的应用[J]. 孙大军,郑翠娥,钱洪宝,李昭. 声学技术. 2012(02)
[10]模糊自适应无迹卡尔曼滤波方法用于天文导航[J]. 张迎春,李璟璟,吴丽娜,李化义. 哈尔滨工业大学学报. 2012(01)
博士论文
[1]多水下航行器协同定位算法研究[D]. 刘亚龙.哈尔滨工程大学 2015
[2]水下航行器导航及数据融合技术研究[D]. 杨峻巍.哈尔滨工程大学 2012
[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
[4]惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D]. 丁国强.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]基于多元信息融合的AUV惯性导航系统方法研究[D]. 于聪.中国海洋大学 2012
[2]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 吕召鹏.国防科学技术大学 2011
本文编号：3577037
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