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基于地形辅助的水下潜器导航技术研究
| 论文题名： | 基于地形辅助的水下潜器导航技术研究 |
| 关键词： | 水下潜器;地形辅助导航;卡尔曼滤波;ICCP算法 |
| 摘要： | 资源丰富的海洋近年来越发成为各国的重要战略目标，导航系统在水下资源勘探、开采、运输等领域都是不可或缺的关键部件。本文以地形辅助组合导航系统为研究对象，围绕地形水深数据建模、地形匹配算法改进以及组合导航误差校正技术展开研究，旨在提高组合导航系统的最终定位精度，主要工作内容总结如下： (1)分析了基于地形辅助的组合导航系统相关概念，给出地形辅助导航系统的状态空间模型及影响系统性能的因素，以三种典型算法为例介绍地形匹配方法及各自的优劣之处。 (2)对数字地面模型进行概述，介绍了常见的模型描述方式；针对参数法插值与半参数法插值建模，给出了对应的表达式及实现原理；详细分析了高斯过程的原理与实现方式，提出基于自适应自然梯度的高斯过程，说明了其数学原理及算法流程；利用真实水深数据插值建模，对比分析得出：自适应自然梯度高斯过程建模精度高于其余插值算法，且耗时比高斯过程法少20％左右，实时性有所提升。 (3)以地形匹配迭代最近等值线算法（IteratedClosestContourPoint,ICCP）为研究对象，说明传统ICCP算法的原理，分析得速度误差带来了刚性变换不能消除的仿射误差，引入仿射模型补偿该误差；提出基于仿射因子补偿的改进ICCP算法，推导得出仿射因子的解析解形式，介绍改进ICCP算法的流程；以真实水深和不同航迹为基础，设计对比试验验证所提算法的有效性，结果表明改进ICCP算法能在耗时增加不到1%的前提下提高匹配精度70%~80%左右。 (4)针对地形辅助的松组合导航模型，介绍传统卡尔曼滤波，分析得地形匹配不可忽略的耗时导致了时延误差，提出了基于时延状态递推的误差校正方法；介绍误差校正滤波技术实现流程，给出其状态方程与量测方程；对比传统卡尔曼滤波与时延递推卡尔曼滤波的结果，可得时延递推误差校正技术可以补偿时延误差，相较于传统滤波方式，最终的总位置误差减小15.2%。 |
| 作者： | 王依能 |
| 专业： | 控制科学与工程;导航、制导与控制 |
| 导师： | 程向红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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