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UUV工作/静默状态切换导航方法研究
| 论文题名： | UUV工作/静默状态切换导航方法研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;导航定位系统;状态切换;卡尔曼滤波;坐底侦察 |
| 摘要： | 高精度导航定位系统是保证水下无人航行器（Unmanned Underwater Vehicle,UUV）各项任务能够准确执行的关键，然而由现有的航位推算系统（Dead Reckoning,DR）及惯导系统（Inertial Navigation System,INS）的工作特点可知，这些方法在UUV长时间远航程航行时都将产生大量的累积误差，因此为了提高其导航定位精度，对UUV的水下导航定位方法展开了研究。 针对UUV在指定的时间和海域需要保持较长时间坐底状态这一特殊情况，分析了UUV坐底状态前后的导航误差出现的原因和校准方法，设计了UUV工作/静默状态切换系统，并对状态切换流程进行了描述，实现UUV在正常航行时的工作状态与执行坐底任务时的静默状态之间顺利切换。 为了在保证UUV水下工作隐蔽性的前提下，实现对其导航误差的校准，研究了相关的水声导航定位方法。根据UUV需要在特定水域执行坐底任务这一特殊情况，提出了通过基于水声定位信标辅助的UUV导航位置校准方法，该方法需借助水面母船预先布放水下固定单信标（Underwater Locator Beacon,ULB），布放成功后单信标坐标视为准确已知，并介绍了ULB辅助UUV导航定位的原理。 ULB辅助UUV进行导航位置误差校准的过程中，将ULB与UUV之间的相对距离作为观测信息，通过非线性滤波算法利用该观测信息可以计算得到UUV当前位置的估计值，因此详细介绍了用于ULB辅助UUV导航定位的非线性滤波算法。通过仿真分析比较了无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）与容积卡尔曼滤波（Cubature Kalman Filter,CKF）该水声导航定位过程中的滤波效果，结果表明：在零均值扰动噪声条件下UKF的滤波精度较高。针对实际海洋环境下观测噪声时变的问题，提出了适用于DR/ULB组合导航系统的变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波算法（Variational Bayesian Unscented Kalman Filter,VBUKF），仿真试验表明该算法能够更加准确、有效的对观测噪声进行估计。 通过深入研究UUV工作/静默状态切换时的导航方法，提高UUV在实际复杂海洋环境下执行坐底任务的准确性，同时也为其他航行任务的执行提供可靠保证。对于UUV准确、可靠、安全的长时间远航程的航海任务以及在特定海域的坐底侦察任务，具有重要的理论意义和应用参考价值。 |
| 作者： | 宋晓萍 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 徐健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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