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深海AUV组合导航系统算法研究与可观测性分析
| 论文题名： | 深海AUV组合导航系统算法研究与可观测性分析 |
| 关键词： | 自主式水下航行器;组合导航系统;在线标定;可观测分析;滤波导航算法 |
| 摘要： | 海洋探测中自主式水下航行器(AUV)的研究越来越得到各国研究者广泛的关注。目前，从国外水下导航技术发展情况来看，运用比较成熟的主要是捷联惯性导航系统(SINS)和多普勒测速仪(DVL)构成的组合导航系统。本文以SINS/DVL的深海AUV组合导航系统为研究对象，针对AUV组合导航系统解算基本原理、AUV组合导航系统在线标定、AUV组合导航系统可观测性分析和简化UKF滤波导航算法等关键技术进行了研究。 论文主要研究内容包括: 1)介绍了AUV组合导航系统常用坐标系并推导其变换关系;建立了惯导系统误差模型;分析并推导了AUV组合导航系统姿态误差、速度误差及位置误差方程。 2)研究了AUV组合导航系统在线标定方法。建立了惯性传感器的误差模型;研究基于DVL组合的惯性传感器误差参数的卡尔曼在线标定方法，给出了标定流程;仿真结果表明，基于DVL组合的kalman标定方法能较好地估计出加速度计的常值偏置，陀螺仪的零偏和部分与g有关系数;研究了DVL安装误差和刻度系数误差的在线标定方法，该方法能估计出DVL的方位安装误差和刻度系数误差。 3)研究了AUV组合导航系统可观测性分析。介绍了线性系统的可观测性和可观测度的概念，给出了PWCS（分段定常系统）的可观测分析方法;介绍了奇异值分解理论和奇异值分解的系统可观测性分析;最后，基于奇异值分解分析方法对标定的各项误差参数进行可观测性地辅助验证。结果表明，适当的机动对可观测度提高有巨大作用。当误差参数可观测度值高时，该变量是可估的;当可观测度值较低时，该变量不可估。 4)研究了AUV组合导航非线性滤波算法。介绍了UKF滤波原理与滤波算法，给出了基于间接法UKF的SINS/DVL的组合导航仿真结果;建立了直接法UKF滤波模型，并给出了直接法组合导航的导航结果，仿真结果表明，鉴于AUV具有的较强非线性，采用间接法与直接法UKF滤波算法均能得到较好的精度结果，而相比于间接法UKF算法，直接法滤波结构由于滤波输出的直接为导航参数，具有更小的计算量。 |
| 作者： | 冯骥 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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