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基于单信标测距的极地AUV冰下导航方法研究
| 论文题名： | 基于单信标测距的极地AUV冰下导航方法研究 |
| 关键词： | 极地无缆水下机器人;长基线水声定位;单信标测距;冰下导航 |
| 摘要： | 北极地区蕴藏着巨大的经济价值和重要的军事战略价值，针对北极地区大范围、大深度的探测需求，AUV逐渐发展成为极地科考探测的重要工具。极地复杂的冰面环境对AUV的正常作业以及高效回收有极大的制约，导航定位技术是AUV在极地高危险水域完成可靠作业与回收的关键。目前，极地AUV冰下大范围精确导航主要依赖长基线水声学定位系统，长基线水声定位系统具有定位精度高、工作范围大的特点，但系统工作周期长，定位数据反馈速率低，无法满足极地AUV可靠回收导引对位置反馈实时性的要求。相比之下，水下单信标定位方法因具有实时性高的优点在极地AUV回收导引上极具应用前景。本文介绍了长基线水声定位方案和系统模型，在不改变长基线系统使用方式的前提下，探索了水下单信标定位方法在极地AUV冰下导航中应用。 首先，论文介绍了基于长基线水声定位的极地AUV冰下导航方案和工作模式，介绍了长基线水声定位的基本原理，分析了AUV运动对长基线定位精度的影响，为后续的对比研究奠定了数据基础。 其次，针对极地AUV导航需要较高实时性的需求，基于现有的长基线水声定位系统配置，将水下单信标定位方法引入极地AUV冰下导航，建立了水下单信标定位系统模型，针对直接应用水下单信标方法定位精度低的问题，提出了融合长基线定位和单信标定位的极地AUV导航方法，并进行了数值验证。 此外，针对极地海冰的移动速度影响AUV导航精度的问题，提出了考虑海冰移动的水下单信标定位方法，通过将海冰的移动速度作为状态变量进行估计，建立考虑海冰移动条件下的单信标定位模型，并对定位性能进行了仿真分析，结果表明，考虑海冰移动的水下单信标方法可以有效减小极地海冰移动引起的定位误差。 最后，针对未知极区声速引入的水下单信标定位误差来问题，研究了基于冰面测距浮标未知有效声速条件的极地AUV的冰下导航方法，把有效声速作为状态变量进行估计，建立了考虑未知声速的水下单信标定位模型，仿真结果表明，考虑未知有效声速的水下单信标模型能进一步提升极地AUV的定位精度。 |
| 作者： | 田瑞菊 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 朱仲本 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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