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原文传递多UUV协同定位方法研究

论文题名：	多UUV协同定位方法研究
关键词：	无人水下航行器;协同作业;导航定位;扩展卡尔曼滤波算法;状态补偿;误差修正
摘要：	本文针对多UUV水中协同作业需求，力求解决导航能力差的UUV自身不能有效自定位的问题。在此基础之上，旨在提高多UUV协同编队对水中目标的定位精度。　　首先完成了多UUV协同导航定位方法的研究。以单领航主从式结构为研究对象，对多UUV协同导航定位基本原理进行分析并建立UUV运动学模型和量测模型。在标准卡尔曼滤波算法的基础上，基于EKF进行协同导航定位算法的设计。之后考虑水声通信约束，基于状态补偿对EKF算法进行改进，即DEKF算法。展开仿真实验，将EKF与航位推算进行对比，仿真结果表明，EKF定位误差均值小于航位推算，能对UUV自身定位误差进行有效修正；将EKF与DEKF进行对比分析，仿真结果表明，DEKF能有效补偿通信延时下系统状态估计误差，定位精度较EKF算法有所提升。　　其次在对多UUV协同导航定位研究的基础上，展开对水下目标定位方法的研究。首先以均匀线性、圆形阵列为例，建立UUV所搭载水听器阵列的信号接收模型。以线性阵列方位估计为例，对常规波束形成方位估计与MUSIC算法进行了性能比较，得出MUSIC较常规波束形成更能清晰地分辨目标方位的结论。而后设计多UUV协同探测系统，把每个UUV看作一个节点，基于MUSIC进行了水下单节点波达方位估计。接着对多UUV协同探测队形模式进行研究，得出了多UUV在协同地探测过程中，应该避免的两种典型的不可观测路径。最后设计多UUV节点协同定位算法，并展开仿真实验。仿真结果表明，选取合适的编队队形和信噪比，能有效提高目标定位精度。　　最后展开协同定位湖上验证性试验，对协同导航与目标定位方法进行验证。利用试验船模拟UUV，首先进行协同试验平台的搭建，而后进行协同定位试验方案的设计，并按照实验步骤展开试验。试验表明，系统通过DEKF协同导航定位算法，能对携带低精度导航设备的从船定位误差进行修正，提高从船自定位精度；多节点协同定位算法可以有效对定点目标进行定位。
作者：	谭江陵
专业：	电子与通信工程
导师：	陈敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	电子科技大学
学位年度：	2022