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基于水下无人潜器的黑匣子搜探航路规划
| 论文题名： | 基于水下无人潜器的黑匣子搜探航路规划 |
| 关键词： | 水下无人潜器;黑匣子搜探;航路规划 |
| 摘要： | 现代飞机上都会安装行驶信息记录仪，即黑匣子，飞机和轮船不幸在海上失事沉没，黑匣子感应到入水后，黑匣子中声信标会自动每隔固定周期发射声音信号，水下无人航行器(UnmannedUnderwaterVehicle，UUV)根据该信号对黑匣子进行定位。为了能实现对海上失事目标快速定位，科学地规划航路具有重要意义。传统的航路规划算法未能根据定位的特殊需求，尤其是未能针对提高定位精度规划出更适合黑匣子定位的航路。 不同的定位解算方法对航路有不同的要求，因此需要研究分析定位解算方法，根据黑匣子定位的特点（无法获知信号发射时刻，发射周期也可能漂移），本论文选取了基于方位角(DOA)和二阶时延差信息(STDOA)的两种定位方法。并应用偏微分法分析了两种定位方法的误差空间分布，其中DOA定位法前期收敛速度快，但是平均误差较大;STDOA定位法定位精度高，但是对解算点阵型有特殊要求。 传统航路规划方法虽未能满足定位的特殊需求，但有着避障性能好、收敛速度快、稳健性好的优点，本文分析了几种传统航路规划方法（蚁群算法、遗传算法、人工势场法）后，可在人工势场法的基础上针对黑匣子定位进行规划方法的改进。 针对黑匣子定位的特殊需求，本文深入研究了对黑匣子搜探的UUV航路规划问题。根据黑匣子搜探任务目标将航路规划划分为三个阶段:信号探扫阶段、测向导引阶段及精确定位阶段。信号探扫阶段的目标是探扫整个目标海域以接收到黑匣子发出的声信号，选择了探扫效率高的梳形路径搜索目标海域，并引入了WMF算法避开障碍;测向导引阶段的目标是根据接收到的声信号方向信息进行定位并引导UUV快速接近黑匣子，以人工势场法为基础实现避障操作，引入了偏航系数旋转引力的方向，并以DOA定位法误差的数值空间分布建立势能场指引UUV的航向，兼顾了定位精度与快速接近黑匣子;精确定位阶段的目标是对黑匣子进行最高精准度的定位，以人工势场法为基础算法，引入了控制距离的“核力”，能在进行避障路径规划的同时，达到最高定位精度。 最后本文介绍了航路规划系统在Qt软件开发工具上的设计和实现。对航路规划软件的功能和流程进行了仿真和模拟，能根据由设定误差模拟出的角度、时延、AUV坐标等信息进行定位，再根据定位解算得出的黑匣子坐标进行航路规划，完整模拟了整个黑匣子搜探的过程。 |
| 作者： | 于双宁 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 付进 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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