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基于单信标的ROV路径规划方法设计
| 论文题名： | 基于单信标的ROV路径规划方法设计 |
| 关键词： | 遥控水下机器人;单信标定位;可观测性;路径规划;非线性滤波 |
| 摘要： | 随着ROV技术的迅速发展和海洋资源的不断开发，ROV的应用领域不断扩展。小型化、便捷化、低功耗的ROV越来越受到人们的青睐。ROV入水之后的定位导航问题就成为ROV能否顺利完成任务的关键。目前主流的定位导航依靠超短基线，在拥有良好的定位精度时，也存在成本过高、布设复杂等问题。 在小型化实验中，在对于ROV的位置信息不必过于精确时，可以选择单信标测距定位技术。在可接受的定位精度下，单信标定位技术具有操作方便、经济实惠、稳定性高、干扰小等优点。 本文以单信标测距定位导航技术为基础，以小型ROV的定位导航需求为背景，对ROV进行路径规划，使ROV按照规划好的路径航行时，仅依靠单信标就可得到较为精确的位置信息。有效减少观察级ROV的使用成本和提前准备的复杂程度。 本文首先根据单信标测距技术的实际要求，安排了信标布放和同步的工作。根据单信标功能需求和技术指标确定信标电路各部分元器件选型。设计了信号发生模块、功率放大模块、电源模块等。之后建立以时延为观测量的ROV在水中的运动模型，对运动过程中各误差源进行简单分析，选定水平位置精度因子作为衡量定位精度的标准。对运动过程进行可观测性分析。根据运动过程分析扩展卡尔曼滤波，无迹卡尔曼滤波，粒子滤波三种非线性滤波算法在位置解算时的特性，最终确定精度较高，计算量中等的无迹卡尔曼滤波作为跟踪算法，使ROV从自身位置接近最优路径时，可以利用此算法解算得出位置信息。 在满足可观测性条件下，通过设计路径点来讨论ROV定位精度最高的路径，并根据仿真结果提出路径规划方案。使ROV按照此路径航行时具有最佳的定位精度。最终进行仿真验证此方案的可行性。 |
| 作者： | 刘瑜 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 雷亚辉 |
| 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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