基于距离信息的多AUV协同导航研究
发布时间：2022-09-30 12:05
地球上海洋面积庞大,而且海洋中存在大量的资源,所以人们对海洋研究的热情日渐高涨。自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）作为探索海洋的重要手段,在军事上和民用上都有着广泛的应用。近年来,随着学者们对多机器人系统的研究,多AUV协同导航定位技术也得到了重点关注。多AUV协同导航定位技术就是使用少数配有高精度导航设备的主AUV来提高仅配有低精度导航设备、低成本从AUV的定位精度。本文研究的是基于距离信息的多AUV协同导航定位技术,主要做了以下几方面的工作:首先,本文论述了 AUV在水下航行时几种常用的导航方法,对多AUV协同导航的相关基础与模型进行了介绍,其中包括AUV在航行时常用的传感器、坐标系、参数定义和多AUV协同导航定位的水下通信测距技术及其运动学模型。其次,针对单领航者的多AUV协同导航定位算法,引进移动矢径方法,建立数学模型,并利用基于Lie导数的非线性系统观测性秩判据法对该系统的可观测性做出了分析和讨论。然后,对不同的采样周期和领航者与跟随者之间的路径复杂度对定位结果的影响做出了讨论,针对在航行过程中有洋流干扰的情况,重新建立数学模...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外AUV研究现状
1.2.1 国外AUV的研究现状
1.2.2 国内AUV的研究现状
1.3 水下AUV导航定位方法
1.3.1 航位推算
1.3.2 惯性导航
1.3.3 水声导航
1.3.4 地球物理导航
1.3.5 仿生学导航
1.3.6 组合导航
1.3.7 协同导航
1.4 多AUV协同导航应用的研究现状
1.5 多AUV协同导航定位算法的研究现状
1.6 本文主要研究内容和章节安排
1.7 本章小结
第2章 多AUV协同导航系统的相关基础与数学模型
2.1 多AUV协同导航系统中的导航传感器
2.2 AUV参数定义及导航系统常用坐标系
2.2.1 AUV参数定义
2.2.2 导航系统常用坐标系
2.3 坐标变换
2.3.1 线速度转换
2.3.2 角速度转换
2.4 水声通信协同定位方法
2.5 AUV运动学模型
2.5.1 AUV三维空间运动学模型
2.5.2 AUV二维空间运动学模型
2.6 本章小结
第3章 单领航者的多AUV协同导航定位算法
3.1 单领航者协同导航定位原理
3.2 基于移动矢径的单领航者多AUV协同导航定位原理
3.3 单领航者的多AUV协同导航定位系统可观测性
3.3.1 非线性系统的观测性分析
3.3.2 协同导航定位系统观测性矩阵
3.3.3 输入对系统可观测性的影响
3.4 有洋流干扰的单领航者的多AUV协同导航定位研究
3.5 仿真分析
3.6 本章小结
第4章 多领航者的多AUV协同导航定位算法
4.1 基于多领航者AUV的协同导航定位原理
4.2 基于EKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.3 基于UKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.3.1 UT变换
4.3.2 无迹卡尔曼滤波算法的实现
4.4 基于CKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.4.1 容积卡尔曼滤波的相关规则
4.4.2 容积卡尔曼滤波的实现
4.5 EKF、UKF、CKF三种滤波算法比较
4.5.1 滤波精度比较分析
4.5.2 复杂度比较分析
4.6 Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波
4.7 仿真分析
4.8 本章小结
第5章 基于因子图的多AUV协同导航定位研究
5.1 因子图表示方法
5.2 和积算法
5.3 基于因子图的多AUV协同导航定位研究
5.3.1 算法描述
5.3.2 算法推导
5.4 仿真分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于因子图的车载INS/GNSS/OD组合导航算法[J]. 高军强,汤霞清,张环,武萌. 系统工程与电子技术. 2018(11)
[2]基于因子图的状态估计方法[J]. 刘虎成,程咏梅. 舰船电子对抗. 2018(03)
[3]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[4]一种基于无迹卡尔曼滤波的UUV协同定位方法[J]. 刘明雍,沈俊元,张加全,胡俊伟. 鱼雷技术. 2011(03)
[5]Cooperative Navigation for Autonomous Underwater Vehicles Based on Estimation of Motion Radius Vectors[J]. 李闻白,刘明雍,刘富樯,徐飞. Journal of China Ordnance. 2011(01)
[6]基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究[J]. 张立川,刘明雍,徐德民,严卫生. 兵工学报. 2009(12)
[7]信息融合技术在水下组合导航系统中的应用[J]. 李佩娟,徐晓苏,张涛. 中国惯性技术学报. 2009(03)
[8]多传感器信息融合技术在水下组合导航系统中的应用[J]. 王其,徐晓苏. 中国惯性技术学报. 2007(06)
[9]无反馈最优联邦信息滤波算法研究[J]. 陈天如,邱恺,潘泉. 传感技术学报. 2007(05)
[10]可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现[J]. 王明辉,马书根,李斌,王越超. 仪器仪表学报. 2006(10)
博士论文
[1]多运动平台协同导航的分散式算法研究[D]. 穆华.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]基于测距的主从式AUV协同导航算法研究[D]. 余睿.浙江大学 2018
[2]基于多源信息融合的多AUV协同导航方法研究[D]. 党媛芳.哈尔滨工程大学 2017
[3]多AUV协同导航定位算法研究与性能分析[D]. 袁华润.哈尔滨工程大学 2015
[4]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
本文编号：3683522
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外AUV研究现状
1.2.1 国外AUV的研究现状
1.2.2 国内AUV的研究现状
1.3 水下AUV导航定位方法
1.3.1 航位推算
1.3.2 惯性导航
1.3.3 水声导航
1.3.4 地球物理导航
1.3.5 仿生学导航
1.3.6 组合导航
1.3.7 协同导航
1.4 多AUV协同导航应用的研究现状
1.5 多AUV协同导航定位算法的研究现状
1.6 本文主要研究内容和章节安排
1.7 本章小结
第2章 多AUV协同导航系统的相关基础与数学模型
2.1 多AUV协同导航系统中的导航传感器
2.2 AUV参数定义及导航系统常用坐标系
2.2.1 AUV参数定义
2.2.2 导航系统常用坐标系
2.3 坐标变换
2.3.1 线速度转换
2.3.2 角速度转换
2.4 水声通信协同定位方法
2.5 AUV运动学模型
2.5.1 AUV三维空间运动学模型
2.5.2 AUV二维空间运动学模型
2.6 本章小结
第3章 单领航者的多AUV协同导航定位算法
3.1 单领航者协同导航定位原理
3.2 基于移动矢径的单领航者多AUV协同导航定位原理
3.3 单领航者的多AUV协同导航定位系统可观测性
3.3.1 非线性系统的观测性分析
3.3.2 协同导航定位系统观测性矩阵
3.3.3 输入对系统可观测性的影响
3.4 有洋流干扰的单领航者的多AUV协同导航定位研究
3.5 仿真分析
3.6 本章小结
第4章 多领航者的多AUV协同导航定位算法
4.1 基于多领航者AUV的协同导航定位原理
4.2 基于EKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.3 基于UKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.3.1 UT变换
4.3.2 无迹卡尔曼滤波算法的实现
4.4 基于CKF的多领航者AUV协同导航定位算法
4.4.1 容积卡尔曼滤波的相关规则
4.4.2 容积卡尔曼滤波的实现
4.5 EKF、UKF、CKF三种滤波算法比较
4.5.1 滤波精度比较分析
4.5.2 复杂度比较分析
4.6 Sage-Husa自适应扩展卡尔曼滤波
4.7 仿真分析
4.8 本章小结
第5章 基于因子图的多AUV协同导航定位研究
5.1 因子图表示方法
5.2 和积算法
5.3 基于因子图的多AUV协同导航定位研究
5.3.1 算法描述
5.3.2 算法推导
5.4 仿真分析
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于因子图的车载INS/GNSS/OD组合导航算法[J]. 高军强,汤霞清,张环,武萌. 系统工程与电子技术. 2018(11)
[2]基于因子图的状态估计方法[J]. 刘虎成,程咏梅. 舰船电子对抗. 2018(03)
[3]多AUV协同导航问题的研究现状与进展[J]. 徐博,白金磊,郝燕玲,高伟,刘亚龙. 自动化学报. 2015(03)
[4]一种基于无迹卡尔曼滤波的UUV协同定位方法[J]. 刘明雍,沈俊元,张加全,胡俊伟. 鱼雷技术. 2011(03)
[5]Cooperative Navigation for Autonomous Underwater Vehicles Based on Estimation of Motion Radius Vectors[J]. 李闻白,刘明雍,刘富樯,徐飞. Journal of China Ordnance. 2011(01)
[6]基于水声传播延迟的主从式多无人水下航行器协同导航定位研究[J]. 张立川,刘明雍,徐德民,严卫生. 兵工学报. 2009(12)
[7]信息融合技术在水下组合导航系统中的应用[J]. 李佩娟,徐晓苏,张涛. 中国惯性技术学报. 2009(03)
[8]多传感器信息融合技术在水下组合导航系统中的应用[J]. 王其,徐晓苏. 中国惯性技术学报. 2007(06)
[9]无反馈最优联邦信息滤波算法研究[J]. 陈天如,邱恺,潘泉. 传感技术学报. 2007(05)
[10]可重构机器人体系结构及模块化控制系统的实现[J]. 王明辉,马书根,李斌,王越超. 仪器仪表学报. 2006(10)
博士论文
[1]多运动平台协同导航的分散式算法研究[D]. 穆华.国防科学技术大学 2010
硕士论文
[1]基于测距的主从式AUV协同导航算法研究[D]. 余睿.浙江大学 2018
[2]基于多源信息融合的多AUV协同导航方法研究[D]. 党媛芳.哈尔滨工程大学 2017
[3]多AUV协同导航定位算法研究与性能分析[D]. 袁华润.哈尔滨工程大学 2015
[4]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
本文编号：3683522
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