AUV宽容性导航技术研究及基于小型平台的系统实现

发布时间：2017-08-10 17:18

  本文关键词：AUV宽容性导航技术研究及基于小型平台的系统实现

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【摘要】：自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)在海洋工程中发挥着越来越重要的作用,AUV在搭载各种传感器设备后可应用于水下环境监测、近海石油工程作业、水下搜索与测绘等领域。而高精度的导航定位是水下航行器安全和可靠地执行水下任务的技术保障,本文基于实验室正在研制的小型AUV平台,开展了宽容性导航技术、协同导航技术、系统实现、导航传感器校正及试验数据分析等工作,主要研究工作有： 针对导航模型噪声统计特性不确知及测量野值存在的情况,在平方根容积卡尔曼滤波(Square-root Cubature Kalman Filter,简称SCKF)的基础上将改进的Sage-Husa自适应滤波算法与基于新息判别的抗野值算法相结合,仿真验证了上述滤波算法具有较好的抗野值能力,可有效提高导航精度。同时,为克服测量值延迟对导航精度的影响,研究了基于状态扩充的卡尔曼滤波算法,并通过超短基线(Ultra Short Baseline,简称USBL)辅助AUV导航场景下的仿真进一步验证了算法的可行性。 对基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,简称EKF)的协同导航算法进行仿真分析和验证。在此基础上,运用非线性系统可观测性理论对协同导航系统可观测性进行了分析,给出协同导航系统可观测性条件,并从协同导航EKF算法后验协方差矩阵出发,提出了通过最小化位置不确定性估计协同导航定位最优队形的方法。 在算法研究的基础上,基于小型AUV平台及MOOS (Mission Orientated Operating Suite)开源软件平台,实现了整套导航软硬件系统,并通过湖试对导航系统性能进行了验证。针对湖试导航结果存在的误差,对多普勒计程仪(Doppler Velocity Log,简称DVL)安装误差及电子罗盘罗差进行了分析和校正,校正后的导航精度得到了较大提高。
【关键词】：自主水下航行器 平方根容积卡尔曼滤波 自适应滤波 野值检测 协同导航 MOOS 传感器校正
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 AUV导航技术研究现状12-16
• 1.2.1 声学导航13-14
• 1.2.2 航位推算和惯性导航14-15
• 1.2.3 地球物理导航15
• 1.2.4 协同导航15-16
• 1.3 论文主要研究内容16-19
• 第二章 AUV宽容性导航算法研究19-51
• 2.1 AUV导航系统模型19-24
• 2.1.1 常用坐标系及参数定义19-21
• 2.1.2 坐标转换21-23
• 2.1.3 导航系统模型23-24
• 2.2 非线性贝叶斯滤波算法24-35
• 2.2.1 非线性高斯贝叶斯滤波算法24-29
• 2.2.2 EKF、UKF、CKF对比分析29-32
• 2.2.3 改进平方根容积卡尔曼算法32-35
• 2.3 自适应抗野值滤波算法35-43
• 2.3.1 未知噪声统计特性估计36-38
• 2.3.2 测量野值分析及处理38-40
• 2.3.3 仿真结果及分析40-43
• 2.4 延迟测量值滤波算法43-50
• 2.4.1 延迟测量值滤波算法43-46
• 2.4.2 USBL辅助AUV导航46-48
• 2.4.3 仿真结果及分析48-50
• 2.5 本章小节50-51
• 第三章 基于水声测距的AUV协同导航研究51-71
• 3.1 系统模型及可观性分析51-59
• 3.1.1 协同导航系统模型51-52
• 3.1.2 协同导航系统可观测性分析52-55
• 3.1.3 协同导航扩展卡尔曼滤波算法55-56
• 3.1.4 仿真分析56-59
• 3.2 协同导航最优队形分析59-70
• 3.2.1 目标函数选取60-64
• 3.2.2 最优队形分析64-70
• 3.3 本章小结70-71
• 第四章 AUV平台及导航系统实现71-95
• 4.1 AUV平台硬件结构71-72
• 4.2 AUV上位机控制平台72-73
• 4.3 AUV导航系统硬件设计73-83
• 4.3.1 导航计算机74-75
• 4.3.2 导航设备介绍75-77
• 4.3.3 协处理模块设计77-83
• 4.4 AUV导航系统软件设计83-93
• 4.4.1 MOOS平台总体介绍83-85
• 4.4.2 MOOS平台下导航设备驱动开发85-91
• 4.4.3 MOOS平台下导航进程实现91-93
• 4.5 本章小结93-95
• 第五章 AUV导航系统误差分析及数据处理95-115
• 5.1 AUV导航系统湖上试验数据分析96-99
• 5.1.1 水面航行导航数据分析96-98
• 5.1.2 自主水下航行数据分析98-99
• 5.2 多普勒计程仪误差分析及校正99-106
• 5.2.1 DVL误差分析99-101
• 5.2.2 基于位置信息的安装误差校正101-103
• 5.2.3 试验数据处理及分析103-106
• 5.3 电子罗盘误差分析及校正106-114
• 5.3.1 电子罗盘罗差分析107-108
• 5.3.2 椭圆拟合校正法108-111
• 5.3.3 试验数据处理及分析111-114
• 5.4 本章小结114-115
• 第六章 总结与展望115-117
• 参考文献117-125
• 作者简介125

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国博士学位论文全文数据库 前3条

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本文编号：651942