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原文传递多传感器条件下的AUV海底地形匹配导航研究

论文题名：	多传感器条件下的AUV海底地形匹配导航研究
关键词：	水下无人航行器;地形匹配;多波束测深;粒子滤波;地形辅助导航
摘要：	海底匹配导航不需要布放外部传感器，不需要上浮修正，不存在累积误差，可长时间水下导航定位，可满足自主式水下无人航行器“长期、隐蔽、全天候、高精度”的导航要求。本文以自主式水下无人航行器潜航时的精确导航定位为研究背景，以不同声学传感器作为地形测量设备，对海底地形匹配导航定位方法进行了研究。论文的主要工作有：　　1、研究了海底地形匹配导航模型和特殊性。参考飞行器的地形匹配导航系统，给出了AUV海底地形匹配导航系统的组成、原理和导航模型，并对影响海底地形匹配性能的因素进行分析。在此基础上，比较飞行器地形匹配导航与自主式水下无人航行器海底地形导航的异同点，分析比较了不同的测深传感器在进行海底地形匹配时的优缺点，并提出了适用于自主式水下无人航行器的海底地形匹配导航方法。　　2、研究了多波束测深数据处理和地形匹配单元的组建方法。分析多波束测深原理出发，研究了多波束测深数据的滤波方法；基于传感器的不同，建立了实时测深数据的数据模型；基于电子海图数据和多波束测深数据，分别研究了参考地形数据库的建立方法；探讨了适用于海底地形匹配的参考地形数据库的存储结构；提出了地形匹配中搜索区域的选择方法和实时测深地形和提取地形间参考水深偏差的消除方法。　　3、研究了基于多波束测深数据的地形匹配定位方法。利用多波束测深的特点，提出一种基于极大后验估计的海底地形匹配定位模型。对地形特征不明显区域内出现的伪定位点、增加实时测深数据会导致计算量上升这一问题，提出了基于脉冲耦合神经网的伪定位点判别方法，然后利用海中试验数据对基于的海底地形匹配定位算法特性进行了研究。最后针对某些要求高精度水下定位要求，提出一种基于马尔科夫随机场的海底地形精确定位方法。　　4、研究了适用于低能耗测深传感器的地形匹配导航方法。用声学高度计和多普勒测速仪等低能耗传感器作为海底地形测量设备，提出基于贝叶斯滤波框架的海底地形匹配导航路径跟踪模型，并利用粒子滤波对贝叶斯滤波问题求近似解；针对粒子滤波的粒子贫化问题，提出了分别基于免重采样和粒子调整的改进粒子滤波地形匹配导航算法，并利用多波束测深文件中解析出的高度计和多普勒测速仪的测深数据对这两种改进算法的特性进行了研究。　　5、研究了多传感器条件下的地形辅助导航问题。海底地形特征的描述出发，通过分析海底地形的适配性，并对海底地形匹配的路径规划进行研究，并针对规划路径中地形特征丰富程度的不同，提出一种基于搜索定位-路径跟踪的多传感器地形匹配导航模式；基于该模式，提出地形匹配导航对参考导航系统的修正方法，设计了自主式水下无人航行器海底地形辅助导航系统的体系结构。　　本文研究了自主式水下无人航行器海底地形匹配导航方法与技术，并利用海试数据进行了真实测深数据的原理试验。试验结果表明：本文提出的地形匹配方法可以可以单独或结合使用，对海底地形特征具有较好的适应能力，且导航定位精度可满足自主式水下无人航行器的水下导航定位需求。
作者：	陈鹏云
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	苏玉民
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文