基于测距的主从式AUV协同导航算法研究

发布时间：2023-03-10 23:43

　　近年来,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,简称AUV)因其使用灵活、成本低、可靠性好等优点,在海洋工程领域中起着越来越重要的作用,且正朝着多AUV协作的方向发展。而具备可靠的、高精度的协同导航技术,则是实现多AUV协作的首要前提,其中主从式协同导航方法因其成本低、可靠性高、应用灵活等优点成为研究的主要方向,而利用测距信息融合主AUV的信息则是较为直接和有效的方式。本文开展了 AUV协同导航算法、基于测距的主从式AUV协同导航仿真及实验等工作,主要的研究工作有:根据主从式AUV协同导航过程建立了导航的二维和三维模型、方程,在单主AUV领航的条件下仿真对比了几种非线性贝叶斯滤波算法对导航精度的影响,结果证明了协同导航的有效性且使用不同滤波方式效果不明显,故后文使用EKF进行仿真;引入了最优权重分配方法(Optimal Weight Distribution Method,简称OWDM),通过计算主AUV每次测量的权重,来提高导航算法的精度,并通过仿真验证了该方法的有效性。根据本文提出的协同导航模型进行了可观测性分析,证明了主从AUV的相对位置关系...

【文章页数】：98 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 多AUV协作技术及发展现状
        1.2.2 AUV导航技术及发展现状
        1.2.3 AUV协同导航技术及发展现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 AUV协同导航算法
    2.1 AUV协同导航系统模型
        2.1.1 协同导航坐标系及参数定义
        2.1.2 坐标转换
        2.1.3 二维协同导航系统模型
        2.1.4 三维协同导航系统模型
    2.2 非线性贝叶斯滤波算法
        2.2.1 扩展卡尔曼滤波
        2.2.2 无迹卡尔曼滤波
        2.2.3 容积卡尔曼滤波
        2.2.4 三种滤波算法协同导航仿真对比
    2.3 最优权重分配方法
        2.3.1 最优权重分配方法原理介绍
        2.3.2 仿真分析
    2.4 本章小结
第3章 基于测距的主从式协同导航仿真分析
    3.1 协同导航系统可观测性分析
        3.1.1 理论基础
        3.1.2 协同导航系统可观测性分析
    3.2 基于测距的主从式AUV协同导航(二维)
        3.2.1 基于测距和扩展卡尔曼滤波的协同导航模型(二维)
        3.2.2 单主AUV领航协同导航(二维)
        3.2.3 双主AUV领航协同导航(二维)
    3.3 基于测距的主从式AUV协同导航(三维)
        3.3.1 基于测距和扩展卡尔曼滤波的协同导航模型(三维)
        3.3.2 单主AUV领航协同导航(三维)
        3.3.3 双主AUV领航协同导航(三维)
        3.3.4 几种协同导航算法的对比
    3.4 本章小结
第4章 AUV平台及协同导航系统实现
    4.1 AUV实验平台系统结构
    4.2 AUV导航硬件系统
    4.3 AUV导航软件系统
        4.3.1 基于MOOS-IvP软件系统架构
        4.3.2 基于MOOS-IvP的程序结构
    4.4 本章小结
第5章 基于测距的主从式AUV协同导航实验
    5.1 实验场景的仿真
    5.2 USBL测量的校准
        5.2.1 USBL定位原理和过程
        5.2.2 USBL测量延时的补偿
        5.2.3 USBL定位偏差角估计
    5.3 海试实验结果分析对比
        5.3.1 单主AUV领航协同导航实验
        5.3.2 双主AUV领航协同导航实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
作者简历及在学期间所取得的研究成果



本文编号：3758785