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基于航迹的单点应答器测距AUV组合导航定位技术研究
| 论文题名： | 基于航迹的单点应答器测距AUV组合导航定位技术研究 |
| 关键词： | 水下潜器;航迹;单点应答器;导航定位;AUV技术;冗余信息 |
| 摘要： | 在油气、矿产、勘查等海洋开发活动中,水下潜器的导航定位起着十分重要的作用,而如何实现远距离、长时间范围内的高精度水下潜器导航定位就已成为一个亟待解决的问题。本文针对实际项目需求采用基于航迹的单点应答器测距AUV组合导航定位系统能在定位精度和作用区域范围上获得较大的提高和扩充,而且系统整体的成本也得到了降低,是一种较为理想的定位方法。 首先,分析了基于GPS信号、母船尾随跟踪、声学等现有的水下导航定位常用方法,从定位精度、操作范围、应用领域、辅助设备、工作原理、经济成本多方面分析,说明了使用单点应答器测距(Single-UTP)和超短基线测向(Bearing-only USBL)组合方案的必要性。 其次,对导航定位中常用坐标系给予了介绍,并建立了坐标系之间的变换关系。分析了单点应答器测距和超短基线测向的水下定位原理及各自存在的不足,并在此基础上建立了测距—测向组合水下定位的相关数学模型。阐述了声信号在深海中传播路径弯曲现象对水下定位的影响。 再次,为了改善导航定位精度构建了深海声路径弯曲模型,可得到较为精确的问答往返时间与测向信息。对系统量测信息采用数据预处理的措施以提高数据集中度和符合度。从适用对象、估计精度及计算量,对比分析了标准卡尔曼、扩展卡尔曼和无迹卡尔曼滤波算法,选取基本卡尔曼滤波器(KF)来实现水下导航定位系统的数据估计并利用其本身设计了野值处理程序。 最后,建立了惯性导航系统的状态方程和单应答器测距—测向定位量测方程。当仅利用单应答器纯测距定位时,需要在航迹上多个位置点与应答器进行通信,来获得潜器和海底应答器之间的水平距离,通过多组距离方程可解算出潜器位置的相对坐标。经仿真分析,该方法是以潜器速度、航向误差较小为前提的,多数情况下定位精度并不乐观。当仅利用单应答器纯测向定位时,同样需在多点对应答器测向,来获得海底应答器相对于潜器的方位信息,由此可解算出潜器的相对位置。经仿真分析,该方法的定位精度不仅与方位估计精度有关,还与水下潜器的航迹有关。要想得到较好的精度,必须对潜器航线进行很好的规划。利用超短基线单应答器定位方式(USBL-SUTP),通过单次问答通信就可对水下潜器进行导航与定位。同样多点应答,此方法获得了更多的冗余信息(即距离与方位),提高了导航定位精度,随之潜器的作用范围也得到了扩充。 |
| 作者： | 赵开斌 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 黄卫权 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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