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模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法研究
| 论文题名： | 模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;导航定位系统;动力学模型;流估计技术 |
| 摘要： | 水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作为一种自主能力强、可控制性好、续航时间长的海洋装备，在海洋开发和勘探方面发挥着越来越重要的作用。高精度的导航定位系统是UUV安全作业及返航的重要保障。航位推算算法是一种UUV常用的自主导航定位方法，主要依赖于多普勒测速仪(DVL)和姿态传感器测得的航速信息以及姿态信息进行推算得到位置信息。若在UUV水下作业时，DVL发生故障或测量数据失效将会产生极大的导航定位误差，导致UUV偏航甚至丢失。为此，文本对模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位算法进行了研究，用于提高UUV导航定位系统的鲁棒性和稳定性。具体研究内容如下: 首先，建立大地坐标系和UUV运动坐标系，构建坐标系之间的转换矩阵。在此基础上，建立UUV运动学以及动力学模型，并考虑到流干扰对UUV的影响，研究了流干扰下的UUV数学模型。通过仿真实验验证了所建的UUV数学模型的正确性。 其次，对UUV作业区域的流估计技术进行了研究。当UUV处于初始航行状态下时，根据UUV距海底的距离是否超过DVL的测距，将流估计技术分为浅海和深海两个方面进行研究。浅海环境下，分别基于UUV动力学模型和最小二乘法研究了浅海海流估计算法;深海环境下，提出了一种基于超短基线(USBL)和扩展卡尔曼算法（EKF）深海洋流估计算法，通过实验仿真验证了算法的合理性和可行性。 再次，基于航位推算算法，研究了UUV自主导航定位方法。分析航位推算算法的误差原因，利用UUV实际航行数据辨识DVL安装误差角和速度校正系数，对误差进行了校正。并采用改进53H算法以及EKF算法对UUV自主导航定位系统数据处理。 最后，结合UUV数学模型、流估计技术以及航位推算算法，提出了模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法。通过对比有流干扰的UUV航行轨迹与无流干扰的UUV航行轨迹，分析流干扰对UUV导航定位的影响。并在此基础上，针对浅海和深海两种情况，对模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法的有效性以及正确性进行仿真验证。 |
| 作者： | 宋金雪 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 严浙平 |
| 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 |
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