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水下潜航器SINS/USBL/DVL组合导航算法研究
| 论文题名： | 水下潜航器SINS/USBL/DVL组合导航算法研究 |
| 关键词： | 水下潜航器;组合导航;联邦卡尔曼滤波;M-估计滤波 |
| 摘要： | 现阶段，伴随着人类开发、探索海洋的热潮，普通单一的导航系统已经不能满足水下恶劣环境对水下潜航器导航定位的严苛要求，基于多传感器的组合导航定位是未来的发展方向。光纤捷联惯导系统能够给出位置、速度与姿态等有效的导航参数，具有高度自主性，且隐蔽性好，但长航时条件下误差积累。水下环境中，电磁波与光波在传播时会产生能量衰减，致使导航定位精度明显降低，所以GPS等无线电导航定位手段无法在水中使用;声波在水下衰减很小，传播距离更远，基于水声传播的超短基线定位系统与多普勒测速仪更适用于水下载体的导航定位问题。 信息融合技术是组合导航定位的核心，基于卡尔曼滤波衍生出的各类滤波技术为组合导航提供了丰富、有效的理论依据。本文设计SINS/USBL/DVL组合导航系统，为提高系统的容错性，对比了基于三种不同信息分配方法的联邦卡尔曼滤波;针对量测噪声异常处于混合高斯分布条件下，提出基于M-估计滤波;最后，将以上提出的滤波方法应用于组合导航系统进行实验仿真验证与分析。本文的主要研究内容如下: 1.推导了光纤捷联惯导系统各导航参数的解算方程，构建了光纤捷联惯导系统的误差模型。介绍了超短基线定位系统基于相位差的定位方法，建立SINS/USBL状态方程，重新构造基于坐标转换后的伪观测量Br，结合SINS实时提供的位置误差与姿态误差信息，建立量测方程。研究了多普勒计程仪的测速原理，分析和推导了DVL的误差模型，建立SINS/DVL组合导航系统的状态方程和量测方程。 2.给出联邦滤波器工作的结构图，阐述了主滤波器与各子滤波器之间信息进行分配与融合的过程。引入三种不同的信息分配方式，基于SINS/USBL和SINS/DVL两个子导航系统的滤波器，设计SINS/USBL/DVL组合导航系统，并对联邦滤波算法的有效性及容错性进行仿真验证。 3.针对水下环境恶劣，声波传播可能出现干涉、多径效应等情况导致量测异常的现象，从统计学角度出发，基于最大似然估计理论，提出一种基于Huber的广义最大似然估计（M-估计）算法，用于解决组合导航系统量测噪声处于混合高斯分布的情况。同时，分别在混合高斯分布受污染不同条件下，对比了M-估计滤波算法与标准卡尔曼滤波在处理该噪声后组合导航系统各导航参数误差情况，并通过计算机仿真验证。 |
| 作者： | 郝芮 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 徐博 |
| 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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