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原文传递自主式水下航行器导航算法研究

论文题名：	自主式水下航行器导航算法研究
关键词：	水下航行器;组合导航;捷联惯性导航系统;多普勒测速仪;磁航向仪;容错性能
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。
作者：	周吉雄
专业：	控制科学与工程
导师：	张晓宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文