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基于非线性滤波的主从式AUV协同导航算法研究
| 论文题名： | 基于非线性滤波的主从式AUV协同导航算法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;协同导航算法;可观测性;卡尔曼滤波 |
| 摘要： | 在海洋资源开发日益关键的背景下，自主水下航行器（autonomousunderwatervehicles，AUV）在该领域发挥着重要作用，具有重大的军事价值与经济价值。多AUV协同作业可以提高效率，与此同时，多AUV协同能够整合各AUV的观测信息，实现信息共享，而且有效降低了整个导航系统的成本、提高了可靠性。因此，对AUV进行有效的协同以及实现其在水下的精确导航定位尤为重要。 本文所做的研究工作主要分为以下几部分： 1.介绍了协同导航系统常用坐标系、传感器，针对多AUV协同水下应用场景，分别在二维平面与三维空间上建立了主从式AUV协同导航数学模型；并针对仅融合了距离信息的系统数学模型所存在的观测信息有限、可观测性弱等特点，从定性与定量的角度对该模型进行了可观测性分析，得出了当主从AUV位置相对固定时系统不可观测的结论，并设计了可观测性较优的“之”字形轨迹和环形轨迹供后续仿真使用； 2.加入主从AUV间的距离信息对协同导航系统进行信息融合，选取合适的非线性滤波算法对该过程中出现的系统非线性的问题进行处理；分别对二维与三维场景下协同导航系统进行仿真验证：扩展卡尔曼滤波算法简单易实现，在非线性不强的情况下能够取得理想的滤波精度，适用于三维场景下的滤波处理；无迹卡尔曼滤波算法能够处理非线性较强的系统，在维数不高的情况下滤波精度更好，适用于二维场景下的滤波处理； 3.针对非线性滤波算法存在的非线性误差大的问题，通过引入迭代的思想，提出了一种基于迭代卡尔曼滤波的主从式AUV协同导航方法，在量测更新得到状态量的基础上对量测方程再次进行线性化修正，直到达到理想精度。该方法较传统的非线性卡尔曼滤波算法在精度上有一定提高，能够有效降低因非线性误差所带来的导航定位误差，仿真实验验证了所提出新方法的有效性与可行性。 |
| 作者： | 汤高宇 |
| 专业： | 仪器仪表工程;导航定位与测控技术 |
| 导师： | 刘锡祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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