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UKF算法在无人水面舰艇协同定位中的应用
| 论文题名： | UKF算法在无人水面舰艇协同定位中的应用 |
| 关键词： | 无人水面舰艇;协同定位;惯性导航;UKF算法 |
| 摘要： | 随着科技的发展，开发利用海洋资源已经成为各国关注的重点，地球表面大部分被海洋所覆盖，至今仍有很多人类无法亲自到达的危险区域，此外大型舰船由于吃水较深无法在一些濒海海域顺利航行。针对这些情况，研发出一种小体积、低成本并且能够在各种恶劣条件下航行的无人水面艇已经成为各国研究工作的当务之急。无人水面艇实质上是一个海上作业平台，一些复杂的海洋作业任务无法依靠一个作业平台来完成，必须借助多个平台进行协同合作共同来完成。本文主要针对无人水面艇的协同导航定位技术进行了研究，同时对无人水面艇自身配备的惯性导航设备的初始对准问题进行了一定的研究。 本论文以无人水面艇的应用为背景，首先简单介绍了无人水面艇的基本特征以及无人水面艇在各国的发展及应用现状；随后对已经得到广泛应用的捷联惯性导航技术以及两种常用的辅助导航设备进行了阐述。针对传统的非线性问题线性化处理办法存在的问题，给出了可以直接用于非线性系统模型的UKF滤波算法，随后针对加性噪声的情况给出了简化的UKF算法，为了进一步增强系统的实时性同时获得较好的估计精度，给出了基于比例SSUT采样的UKF算法。 针对无人水面艇自身配备的微惯性导航设备的粗对准为问题，给出了微惯性系统和电子罗盘组合对准的方法；考虑到实际应用中一些因素的干扰，例如船舶等海洋运载器受海浪影响会产生较大的干扰加速度，粗对准过后平台误差角仍为大角度的情况，建立了方位失准角为大角度时的非线性误差方程，并建立相应的系统模型，最后通过仿真验证文中所建立的系统模型的正确性，并且对比 EKF算法、UKF算法和基于比例 SSUT采样的UKF算法的估计精度，验证基于比例SSUT采样UKF算法对提高系统实时性和估计精度的有效性。 对无人水面艇协同导航定位技术进行了详细介绍，阐述了无人水面艇协同定位原理、协同定位的实现过程。针对无人水面艇没有外界辅助信息做为参考，只能利用自身低精度导航设备进行航迹推算的情况，建立了相应的航迹推算模型，当无人水面艇接收到外界辅助信息时，便可以利用外界的高精度信息进行协同定位，文中分别给出了单领航艇模式和多艇协同模式下的系统模型，并且分别对两种协同模式进行可观测性分析，对影响协同定位结果的因素做进一步的分析，通过仿真设计不同的运动路径来验证协同导航定位算法的优越性，以及本文可观测性分析结果的正确性，并对不同的滤波方法进行了比对，验证基于比例SSUT采样的UKF算法对提高系统定位精度和减小计算量的有效性；最后通过实验来进一步证明协同导航定位技术的优越性。 |
| 作者： | 田学林 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 孙枫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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