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基于SINS/LBL紧组合的AUV组合导航技术研究
| 论文题名： | 基于SINS/LBL紧组合的AUV组合导航技术研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;捷联惯性;水声定位;信息融合 |
| 摘要： | 高精度导航是水下航行器面临的主要技术挑战之一，随着水下导航技术向着多技术、多信息融合方面发展，研究SINS与水声定位技术的组合导航具有重要意义。本文针对现有SINS/LBL组合导航技术存在的不足，研究了一种基于SINS/LBL紧组合的AUV水下组合导航系统，整个导航系统由安装在载体上的SINS、声源、DVL、MCP以及LBL水声定位基阵组成，以期达到AUV水下高精度、高可靠性和稳定性导航的目的。论文主要研究内容包括: 第一，根据水下组合导航系统的设计需求，设计了以SINS为主，LBL、DVL以及MCP为辅的水下组合导航系统总体结构方案。 第二，针对LBL声学信号在水下传播多路径条件下造成互相关峰模糊的问题，结合水下组合导航系统的特点，提出了由SINS辅助LBL寻找TDOA定位算法中最优信号到达时间差的方法。利用BELLHOP软件构建水下声学传播模型，对SINS辅助寻找理想时间差算法进行了仿真验证，仿真结果表明，该算法解决了多路径效应对最优时间差估计干扰的问题，使最终的时间差计算值精度大大提高。 第三，提出了一种SINS/LBL紧组合算法，该算法利用斜距差作为观测量进行滤波，能有效地定期补偿AUV水下航行时的位置累积误差，且当可用水听器（或者在信号接收范围内）的数量不足4个时，紧组合仍能提供较精确的位置信息，因此基于固定的LBL基阵来说紧组合系统的位置修正有效地理区域比松组合的要更加广泛，且可靠性和容错性更高。 第四，针对本文设计的水下组合导航系统中信息的多元性、系统模型维数高等特点，设计了基于联邦卡尔曼滤波器的水下组合导航系统的信息融合算法，分别建立了SINS/LBL、SINS/DVL以及SINS/MCP子系统的状态方程和量测方程。仿真结果表明该联邦滤波算法能有效融合多传感器信息。 第五，围绕SINS/LBL紧组合系统量测方程的非线性对滤波精度的影响展开研究，重点分析了EKF滤波和UKF滤波的基本原理，并分别建立了EKF、UKF滤波的非线性量测方程，最后设计仿真实验对比了非线性EKF、UKF滤波与线性Kalman滤波的定位精度，其中，UKF滤波精度优于EKF和Kalman滤波，量测方程弱非线性条件下EKF滤波和Kalman滤波等效。 |
| 作者： | 石宏飞 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 张涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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