水下运载器SINS/USBL/DVL组合导航系统设计与高性能算法研究
发布时间：2022-01-10 00:06
当前水下运载器的发展对于导航系统在精度、可靠性、容错性等方面都提出了越来越高的要求,单一的导航系统已难以满足要求,以多传感器信息融合为基础的组合导航技术成为目前水下导航的发展趋势。组合导航系统具有协合超越、互补和余度功能,能充分利用各子系统的导航信息,取长补短,提高整个系统的导航性能。实现组合导航的关键技术是多传感器数据融合,而各种滤波算法的出现,为其提供了坚实的理论基础和强有力的数学工具。因此,对水下运载器组合导航系统和高性能滤波算法的研究,受到了航海、导航、制导与控制、信息融合等领域众多学者的关注,成为研究的热点问题之一。本文在全面分析捷联惯性导航系统（SINS）、超短基线定位系统（USBL）和多普勒测速仪（DVL）各自优缺点的基础上,设计了SINS/USBL/DVL组合导航系统方案；然后,针对Unscented卡尔曼滤波（UKF）算法存在的问题,提出了一种基于极大似然准则与滚动时域估计的自适应UKF算法；最后,将提出的自适应UKF算法应用于所设计的SINS/USBL/DVL组合导航系统进行了实验研究与算法分析。论文的主要工作与创新性贡献如下：1.研究了SINS更新算法、USBL定...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
It与g系之间的}位关系示意图
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?＼??Ｚｌ?接、??＊?日应答器／响应器??图２－４超短基浅水下定位原理图??ＵＳＢＬ主要由换能器、发射基阵、应答器／响应器和接收基阵等部分构成。发??射基阵和接收基阵固定在换能器中，组成声基阵，声单元之间的相互位置已精确??测定且构成声基阵坐标系，应答器／响应器安装在水下载体上，如图２－４所示。该??系统采用相位差或相位比较法，通过测量声单元的相位差，得到应答器／响应器在??声基阵坐标系中的方位，利用声波在水中传播的时间计算声基阵与水下载体之间??的相对距离，从而确定水下载体的相对位置。下面将详细介绍超短基线定位系统??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于惯导及水下声学辅助系统的AUV容错导航技术[J]. 张涛,徐晓苏,李瑶,宫淑萍. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[2]基于极大似然准则和最大期望算法的自适应UKF算法[J]. 王璐,李光春,乔相伟,王兆龙,马涛. 自动化学报. 2012(07)
[3]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)
[4]渐消自适应Unscented粒子滤波及其在组合导航中的应用[J]. 高社生,薛丽,魏文辉. 西北工业大学学报. 2012(01)
[5]智能Kalman滤波在水下地形组合导航系统中的应用[J]. 李佩娟,徐晓苏,张小飞. 中国惯性技术学报. 2011(05)
[6]长航时环境下高精度组合导航方法研究与仿真[J]. 杨波,王跃钢,单斌,周小刚. 宇航学报. 2011(05)
[7]超短基线定位原理及校正方法研究[J]. 王德刚,韩富江,来向华,苟诤慷,傅晓明. 海洋科学. 2011(02)
[8]基于四元数非线性误差模型的快速传递对准(英文)[J]. 戴洪德,周绍磊,陈明,李娟,吴晓男. 宇航学报. 2010(10)
[9]基于极大后验估计和指数加权的自适应UKF滤波算法[J]. 赵琳,王小旭,孙明,丁继成,闫超. 自动化学报. 2010(07)
[10]自主水下航行器的研究现状与挑战[J]. 赵涛,刘明雍,周良荣. 火力与指挥控制. 2010(06)
博士论文
[1]水下航行器组合导航系统与信息融合技术研究[D]. 牟宏伟.哈尔滨工程大学 2013
[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]自适应抗差UKF在卫星组合导航中的理论与应用研究[D]. 汪秋婷.华中科技大学 2010
[4]水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究[D]. 张爱军.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 吕召鹏.国防科学技术大学 2011
[2]AUV动力学模型辅助的航位推算方法研究[D]. 彭树萍.哈尔滨工程大学 2011
[3]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 李亮.哈尔滨工程大学 2009
[4]深海采矿车自主定位系统及其在最优切削中的应用研究[D]. 贺茂坤.中南大学 2008
[5]组合导航系统在水下潜器中的应用[D]. 黄鸣敏.南京理工大学 2007
[6]机载组合导航技术研究[D]. 李鹏.国防科学技术大学 2006
[7]远程AUV组合导航滤波算法研究[D]. 潘峰.西北工业大学 2006
[8]基于vxWorks的AUV组合导航系统研究[D]. 郭传海.哈尔滨工程大学 2005
[9]捷联惯导算法及车载组合导航系统研究[D]. 严恭敏.西北工业大学 2004
本文编号：3579692
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
It与g系之间的}位关系示意图
?第二章捷联、超短基浅和多普勒测速仪工作原理??从图２－１可＾看出，将地理坐标系〇＾５＿＾５２６先绕－２６转动？／＾可＾得到坐标系??化ｉ＿ｙＡ，然后将坐标系化ｉ＿ｙＡ绕轴转动０可Ｗ得到坐标系，最后将坐标??系化绕；；，轴转动７可Ｗ得到载体坐标系化，转动过程如图２－２所示。??Ｕ?７绕－Ｚｇ轴一?绕Ａ轴一?绕？＞＾２轴?一??ｇ＾ｇ?ｇ—７７—ｒ?？Ｏｘ，?ｖ．ｚ，?？０乂７＾７?么７?么ｈ??酿巧ｙ?旋转０?旋转７??图２－２地理坐标系到载体坐标系的转动过程??因此，载体坐标系可由地理坐标系按照图２－２所示顺序Ｈ次转动得到。它们之??间的变换矩阵为??ＣＯＳ／?０?－ｓｉｎ７?１?０?０?ｃｏｓ＾?－ｓｉｎ＾?０??Ｃ监二?＝?０?１?０?０?ｃｏｓ?食?ｓｉｎ?食?ｓｉｎ?＾?ｃｏｓ?＾?０??ｓｉｎ／?０?ｃｏｓ?／?０?－ｓｉｎ＾?ｃｏｓ＾?０?０?１??ｃｏｓ?／ｃｏｓ?＾?＋?ｓｉｎ?／ｓｉｎ?＾?ｓｉｎ?分一ｃｏｓ?／ｓｉｎ?＾?＋?ｓｉｎ?／ｃｏｓ?＾?ｓｉｎ?分一ｓｉｎ?／ｃｏｓ?分??二?ｓｉｎ?吟?ｃｏｓ?分?ｃｏｓ?吟?ｃｏｓ?分?ｓｉｎ＾??ｓｉｎ?／ｃｏｓ?吟一ｃｏｓ?／ｓｉｎ?吟?ｓｉｎ?分一ｓｉｎ?／ｓｉｎ?吟一ｃｏｓ?／ｃｏｓ?吟?ｓｉｎ?分?ｃｏｓ?／ｃｏｓ?分??（２．１－１）??本文选用地理坐标系ｇ作为导航坐标系ｎ，则姿态矩阵Ｇ为??Ｃ：＝巧＝（玲了?（２．１－２）??巧地理坐标系与地球坐标系之间的转换关系一位置矩阵ｔｗｓｉ??设地球表面一点＾的经、缔度分别为１和Ｉ，则该点处的地理坐标系与地球坐??标系之间的方位关系如图２－３所示。??根据经缔度的定义
?＼??Ｚｌ?接、??＊?日应答器／响应器??图２－４超短基浅水下定位原理图??ＵＳＢＬ主要由换能器、发射基阵、应答器／响应器和接收基阵等部分构成。发??射基阵和接收基阵固定在换能器中，组成声基阵，声单元之间的相互位置已精确??测定且构成声基阵坐标系，应答器／响应器安装在水下载体上，如图２－４所示。该??系统采用相位差或相位比较法，通过测量声单元的相位差，得到应答器／响应器在??声基阵坐标系中的方位，利用声波在水中传播的时间计算声基阵与水下载体之间??的相对距离，从而确定水下载体的相对位置。下面将详细介绍超短基线定位系统??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于惯导及水下声学辅助系统的AUV容错导航技术[J]. 张涛,徐晓苏,李瑶,宫淑萍. 中国惯性技术学报. 2013(04)
[2]基于极大似然准则和最大期望算法的自适应UKF算法[J]. 王璐,李光春,乔相伟,王兆龙,马涛. 自动化学报. 2012(07)
[3]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)
[4]渐消自适应Unscented粒子滤波及其在组合导航中的应用[J]. 高社生,薛丽,魏文辉. 西北工业大学学报. 2012(01)
[5]智能Kalman滤波在水下地形组合导航系统中的应用[J]. 李佩娟,徐晓苏,张小飞. 中国惯性技术学报. 2011(05)
[6]长航时环境下高精度组合导航方法研究与仿真[J]. 杨波,王跃钢,单斌,周小刚. 宇航学报. 2011(05)
[7]超短基线定位原理及校正方法研究[J]. 王德刚,韩富江,来向华,苟诤慷,傅晓明. 海洋科学. 2011(02)
[8]基于四元数非线性误差模型的快速传递对准(英文)[J]. 戴洪德,周绍磊,陈明,李娟,吴晓男. 宇航学报. 2010(10)
[9]基于极大后验估计和指数加权的自适应UKF滤波算法[J]. 赵琳,王小旭,孙明,丁继成,闫超. 自动化学报. 2010(07)
[10]自主水下航行器的研究现状与挑战[J]. 赵涛,刘明雍,周良荣. 火力与指挥控制. 2010(06)
博士论文
[1]水下航行器组合导航系统与信息融合技术研究[D]. 牟宏伟.哈尔滨工程大学 2013
[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]自适应抗差UKF在卫星组合导航中的理论与应用研究[D]. 汪秋婷.华中科技大学 2010
[4]水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究[D]. 张爱军.南京理工大学 2009
硕士论文
[1]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 吕召鹏.国防科学技术大学 2011
[2]AUV动力学模型辅助的航位推算方法研究[D]. 彭树萍.哈尔滨工程大学 2011
[3]SINS/DVL组合导航技术研究[D]. 李亮.哈尔滨工程大学 2009
[4]深海采矿车自主定位系统及其在最优切削中的应用研究[D]. 贺茂坤.中南大学 2008
[5]组合导航系统在水下潜器中的应用[D]. 黄鸣敏.南京理工大学 2007
[6]机载组合导航技术研究[D]. 李鹏.国防科学技术大学 2006
[7]远程AUV组合导航滤波算法研究[D]. 潘峰.西北工业大学 2006
[8]基于vxWorks的AUV组合导航系统研究[D]. 郭传海.哈尔滨工程大学 2005
[9]捷联惯导算法及车载组合导航系统研究[D]. 严恭敏.西北工业大学 2004
本文编号：3579692
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