水下滑翔机的系统设计与导航方法研究

发布时间：2017-05-25 12:14

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【摘要】：水下滑翔机产生于上世纪90年代，经过20多年的研究，其拥有广泛的应用前景：科学研究方面，可以对海洋生物，洋流分布等进行周期性的观测，可以进行海洋调查、海床构图；经济建设方面，可以对复杂的海底进行矿藏（如锰结核、可燃冰）的勘探；民用方面，可以用于水下考古，沉船打捞等活动；军事方面，可以从事战术侦查、潜艇救援，水雷监测等。因此，发展水下滑翔机系统可以有效的支持经济、军事建设。 本文首先对水下滑翔机的机械结构、电子系统以及软件进行设计，搭建了一款水下滑翔机系统。然后针对水下滑翔机导航定位的特点，提出了水面-水下导航定位算法：即通过GPS提供滑翔机的位置信息，滑翔机在水下采用电子罗盘、姿态和航向参考系统提供的运动姿态信息，结合数据融合理论，运用扩展卡尔曼滤波对其自身进行航位推算。通过Matlab进行仿真处理，，证明了该算法有效。同时，介绍了一种多水下滑翔机协同导航算法，该算法基于声学广播通信方式，结合自适应扩展卡尔曼滤波器理论来进行多水下滑翔机协同导航。
【关键词】：水下滑翔机 导航定位 扩展卡尔曼滤波 自适应扩展卡尔曼滤波
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.94;U675.7
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 水下航行器的分类9-11
• 1.2 水下机器人的导航方法11-12
• 1.3 多水下机器人技术国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 课题来源和主要工作14
• 1.5 本章小结14-16
• 2 水下滑翔机的系统设计16-26
• 2.1 机械结构16-19
• 2.1.1 水下滑翔机机械系统关键结构设计17
• 2.1.2 主体设计17
• 2.1.3 附体设计17-18
• 2.1.4 尾舵设计18
• 2.1.5 浮力驱动设计18-19
• 2.1.6 姿态调整机构19
• 2.2 电子系统设计19-23
• 2.2.1 电子系统器件介绍20-22
• 2.2.2 电子系统结构图22-23
• 2.3 软件设计23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 单滑翔机的导航26-36
• 3.1 卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波理论26-28
• 3.1.1 线性最优滤波—卡尔曼滤波理论26-27
• 3.1.2 非线性滤波---EKF 算法27-28
• 3.1.3 EKF 的讨论28
• 3.2 坐标系的变换28-30
• 3.2.1 地球坐标系29
• 3.2.2 载体坐标系转换为地球坐标系29-30
• 3.3 数据融合过程30-31
• 3.4 扩展卡尔曼滤波的执行过程31-33
• 3.5 Matlab 仿真及结果分析33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 4 多水下滑翔机的协同导航方法探讨36-43
• 4.1 多水下滑翔机编队向量模型37-38
• 4.2 自适应扩展卡尔曼滤波38-42
• 4.2.1 状态和协方差40
• 4.2.2 观测并跟新40-42
• 4.3 本章小结42-43
• 5 总结及展望43-44
• 5.1 论文总结43
• 5.2 展望43-44
• 参考文献44-46
• 致谢46-47
• 个人简历47-48
• 攻读硕士学位期间发表的论文48-49

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 高勇;李一平;;多水下机器人水声网络仿真框架设计[J];微计算机信息;2010年14期

2 程雪梅;;水下滑翔机研究进展及关键技术[J];鱼雷技术;2009年06期

3 卢健;徐德民;张福斌;;共同观测环境多UUV协同导航[J];西北工业大学学报;2013年03期

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本文编号：393697