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基于非线性滤波的AUV信标导航定位技术研究
| 论文题名： | 基于非线性滤波的AUV信标导航定位技术研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;航位推算;误差传播;信标导航;随机多信标;纯距离SLAM;水声定位 |
| 摘要： | 近些年来，基于信标的纯距离导航定位技术在水下无人系统领域得到了越来越广泛的应用，并逐渐成为水下导航领域的研究热点和主要发展方向之一。另外，同步定位与建图（Simultaneouslocalizationandmapping，SLAM）算法在陆地机器人导航领域已经较为成熟，但在水下信标导航领域的应用较少。本文以航位推算系统、信标导航系统和SLAM算法为基础，对基于非线性滤波方法的AUV信标导航定位技术进行探讨，最终实现基于未知随机多信标的纯距离SLAM导航算法设计。本文的主要研究内容和取得的主要研究成果可以概述为如下三个部分： 1.建立航位推算系统模型并研究系统的误差传播。首先对外部电子罗盘与多普勒测速仪传感器完成建模；然后，分析航位推算的具体原理及其误差随时间推进而累积的特性；接着建立AUV的航位推算模型，并应用到位置更新算法中；最后，针对航位推算方法，详细展开并求解了航位推算系统的误差传播方程，同时对多普勒测速仪的标度因数误差和安装误差阵以及罗盘测角误差等对航位推算的位置更新造成的误差传播影响展开仿真分析。 2.深入讨论与分析先验已知情况下固定信标导航系统的模型构建与解算。首先，以长基线水声定位系统的建模与解算为主线，探讨了基于最小二乘法的球面交汇模型反向解算原理；然后，在分析利用最小二乘法静态定位的缺陷和单信标测距组合导航系统的可观测性后，提出基于EKF的信标测距解算与航位推算组合导航模型，实现对AUV的动态实时定位解算，并抑制航位推算的误差发散；最后，借助仿真实验探讨与分析了载体的运动路径选取、信标枚数大小和信标测距传感器的测量误差对AUV导航与定位性能带来的影响。 3.研究基于先验未知随机多信标情况下的SLAM导航问题。首先，对随机多信标SLAM导航问题进行了较为详尽描述；然后分析了纯测距情况下SLAM实现的一些难点；最后，基于扩展卡尔曼滤波方法完成了基于未知随机多信标的RO-EKF-SLAM导航算法执行过程研究与方案设计，同时模拟AUV做圆周运动，仿真分析算法的性能。 |
| 作者： | 袁勋 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 伊国兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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