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多元浮标阵无线收发系统及其定位解算算法研究
| 论文题名： | 多元浮标阵无线收发系统及其定位解算算法研究 |
| 关键词： | 水声定位声呐;多元浮标阵;无线数据收发系统;高精度定位;圆形交汇解算 |
| 摘要： | 多元浮标阵水声定位声呐作为高精度水下定位测距系统的代表设备，在海洋定位感知领域发挥着显著价值，其主要包括水下声信标发射系统、多元浮标接收系统、无线数据收发传输系统以及定位解算处理系统。多元浮标阵无线数据收发系统与定位解算算法在实现合作目标精准协同定位中发挥着重要作用。论文针对水下合作航行平台的定位需求，设计多元浮标阵无线数据收发系统并完成对水下运动目标高精度定位解算算法研究与实验验证。 论文首先针对国内外海洋无线传感网络与水声定位信息组网进行了阐述，在此基础上结合海面多元浮标阵定位系统原理进行通信距离指标计算与定位通信模块选型设计;然后，根据无线电台的工作模式构建海面通信组网并设计系统传输协议，完成浮标干端无线收发电路与船载数据汇聚系统的设计、调试与实现。在硬件电路设计的基础上，对无线收发系统的逻辑程序进行研究与编译，包括:浮标干端GPS定位数据与浮标解算时延数据实时拼包上传逻辑、船载数据控制器聚合信息至定位解算平台的数据上传程序以及测量船至浮标单元的启停指令，实现对海面浮标工作状态的控制，支撑定位解算功能的实现，发挥承上启下的中继作用。论文基于无线收发系统上传的定位结果数据分析水下协作目标定位解算算法，分别研究浮标阵位置误差、斜距时延误差与水中声速误差对系统定位误差的影响。根据同步协作系统的需求着重研究圆型交汇解算算法，利用多元浮标阵数据冗余融合优势，改进与优化传统定位解算方式，对比分析“线性最小二乘”，“高斯牛顿”，“最速下降”和“平均值交汇”四种算法，进一步优化水下航行平台系统的最优解，使算法更具鲁棒性，从而得出基于“平均值交汇”算法更具工程应用价值。论文研究了自适应Notch滤波算法对脉冲信号的检测理论，仿真验证单浮标系统测深算法结果的定位精度。 经过实验室调试、松花湖水库和水布垭试验场外场试验，验证系统各项功能均达到预期指标要求，具备实用性的多元浮标阵无线收发系统与创新性的定位解算算法将为新型水声协同定位系统的升级提供有力支撑，发挥最独特的战略价值。 |
| 作者： | 史博 |
| 专业： | 信息与通信工程 |
| 导师： | 李海森 |
| 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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