自主式水下航行器导航算法研究

发布时间：2020-04-29 01:46

【摘要】：高精度水下导航定位技术作为AUV水下作业的前提条件与安全运行的技术保障,决定了其能否安全作业以及返回,在众多的关键技术中显得尤为重要,经常被作为衡量AUV的成熟度以及实用化的重要指标。由于水下复杂的环境以及电磁波信号在水中快速衰减的特性,使得如GPS、罗兰C等一众基于无线电导航的常规导航设备无法在水下正常运行。而捷联惯性导航系统的误差是随时间而积累的,系统的精度将会随着时间的增长而减弱,难以满足AUV长航程、高精度的导航定位需求。多普勒测速仪是一种全天候的导航测速装置,与AUV的运行环境十分的契合。融合捷联惯性导航系统与多普勒测速仪加上其他一些辅助导航系统形成的组合导航系统有利于提高导航的精度与可靠性,并且与AUV的水下导航定位十分契合。本文根据实际需求设计了基于UKF的联邦卡尔曼滤波的导航系统,它由作为主导航系统的捷联惯性导航系统与作为辅助导航系统的多普勒测速仪和磁航向仪组合而成。本文首先介绍了各个子系统的工作原理,并对它们进行误差分析,建立起各个辅助导航系统的误差模型,并由此确定了组合导航系统的数学模型。考虑到标准卡尔曼滤波器无法处理非线性系统,而扩展卡尔曼滤波器对强非线性系统的滤波效果差,因此选用了无迹卡尔曼滤波器(UKF)来进行滤波处理,并对其进行仿真验证。由于组合导航系统存在多个子系统,对它们进行数据融合有助于提高系统的性能,因此选用具有较好的灵活性和容错性能的联邦卡尔曼滤波器来进行数据融合处理。首先对联邦滤波技术进行了介绍,首先介绍了它的结构与工作流程,又介绍了容错性技术在联邦滤波中的应用,将UKF与联邦滤波技术进行了结合,设计出了基于局部反馈校正的UKF联邦卡尔曼滤波器,并对其进行了仿真实验验证,证明了局部反馈校正联邦卡尔曼技术在组合导航系统中可以有效地提高导航精度并提供较好的容错性能。
【图文】：

-01（图 1.1）能够按照预定航线行进，可以在 6000 米深底沉物进行目标搜索与观察，也可以开展对海底多金属海底剖面与地势的测量等等任务。当然，它的主要任务与开发，，因此其研发得到了中国大洋矿产资源开发研

3图 1.2 CR-02 型水下机器人了成功，紧接着也开始投入了对 CR-02（图 1.2）的研发成功，此次海试下潜深度仍为 6000 米。CR-02 的成功航行器应用技术的又一次飞跃，达到了世界先进水平。 4.5m、直径 0.8m 的圆柱体，其续航时间长达 25 个小用了作用距离为 10km~12km 的长基线声呐定位系统，深度达 50m。CR-02 上携带的仪器可支持它执行在复杂深海矿场的现场调查、现场实时海洋环境监测以及作为调查设备如对失事舰船、坠海飞机进行调查作业，当然
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U666.1;TN713

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵欣;张金生;刘志国;马龙;王仕成;;基于自适应滤波辅助残差χ~2法的导航系统故障诊断方法[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2012年05期

2 徐遵义;黄东武;赵洪銮;;水下地形辅助导航新方法仿真[J];舰船科学技术;2012年06期

3 江从茂;周升;;一种基于局部反馈校正的高精度联邦滤波器[J];光学与光电技术;2012年03期

4 郝燕玲;杨峻巍;陈亮;郝金会;;基于SRCKF的水下航行器动基座初始对准技术[J];华中科技大学学报(自然科学版);2012年02期

5 孙枫;唐李军;;基于CKF的SINS大方位失准角初始对准[J];仪器仪表学报;2012年02期

6 胡静;冯志勇;;基于Pi-演算的Web服务形式化描述模型*[J];计算机应用研究;2011年06期

7 李富荣;丁宏升;;组合导航系统的容错技术发展综述[J];航空计算技术;2011年01期

8 丁宏升;李富荣;于建立;;基于Simulink的组合导航系统的FDIR技术仿真分析[J];航空计算技术;2010年06期

9 郭才发;胡正东;张士峰;蔡洪;;地磁导航综述[J];宇航学报;2009年04期

10 岳亚洲;田宇;张晓冬;;机载惯性/天文组合导航研究[J];光学与光电技术;2008年02期

相关博士学位论文 前5条

1 赵红宇;惯性行人导航系统的算法研究[D];大连理工大学;2015年

2 冯鹏程;基于信息系统的军交运输保障决策理论与方法研究[D];西北工业大学;2016年

3 张爱军;水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究[D];南京理工大学;2009年

4 赵辉;基于水下航行器导航定位及信息融合技术研究[D];南京理工大学;2007年

5 张景伟;INS/GPS/SAR组合导航系统关键问题研究[D];西北工业大学;2003年

相关硕士学位论文 前10条

1 李晓峰;小型直升机自适应控制技术研究与实现[D];南京航空航天大学;2016年

2 余彦霖;微小型无人直升机航姿融合和控制技术研究[D];南京航空航天大学;2015年

3 高兵兵;水下运载器SINS/USBL/DVL组合导航系统设计与高性能算法研究[D];西北工业大学;2015年

4 阮杰威;基于GPS/INS导航轨迹的误差校正[D];沈阳工业大学;2015年

5 邓寻;粒子滤波关键技术研究[D];西华大学;2014年

6 黄莺;基于CKF的SINS/DVL组合导航系统设计与仿真[D];哈尔滨工程大学;2013年

7 于聪;基于多元信息融合的AUV惯性导航系统方法研究[D];中国海洋大学;2012年

8 贾涛;飞机惯导组件仿真平台研究[D];中国民航大学;2011年

9 杨昂;高动态环境下多普勒频移估计技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

10 陈燕丽;SINS/TAN/GPS组合导航信息融合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

本文编号：2644095