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未知海底环境下AUV组合导航技术研究
| 论文题名： | 未知海底环境下AUV组合导航技术研究 |
| 关键词： | 海底环境;无缆水下机器人;捷联惯导;组合导航;洋流估计;测速误差 |
| 摘要： | 在海底未知复杂环境中,人类目前对海底的环境掌握的信息很少,由于我们无法事先在未知的海域布放换能器或换能器阵,也不可能事先得到准确的环境测绘图,因此声学导航法和地球物理导航法都无法使用。由于水下导航的特殊性和复杂性,目前的水下导航系统主要以自主性能好的惯性导航系统为核心,辅之以GPS和DVL等导航传感器共同构成组合导航系统,这样可以充分发挥每种导航方法的优势,提高导航系统的可靠性、稳定性和导航精度。本文的主要研究分两部分,第一部分针对DVL水下量程不够,分别设计出水面和水下组合导航模式,通过建立洋流模型估计出洋流速度,提高了导航精度;第二部分分析AUV位置、加速度和速度的变化对动基座罗经回路对准精度的影响,引入外速度DVL辅助,将罗经回路对准法由静基座推广至动基座。论文的主要工作如下: 介绍了捷联惯导技术相关的基础知识,对导航中用到的坐标系作了定义并介绍了它们之间的数学变换方式,推导出惯导系统基本方程,鉴于系统的误差会给导航精度带来很大的影响,将重点放在了建立惯导系统误差模型中,最后对捷联式惯导系统的初始对准技术作了简单介绍。 针对多普勒计程仪DVL水下测速量程不够,以捷联惯导系统SINS作为水下导航技术的核心,通过对洋流的建模,分别设计出水面SINS/GPS/DVL和水下SINS/DVL模式组合导航系统,用卡尔曼滤波算法可以估计出洋流速度,解决了DVL由于水下量程不够所带来的导航精度问题,通过仿真比较,洋流补偿可以验证本方案组合导航的可行性。 DVL作为测速装置,可以提供稳定而连续的速度信息,是组合导航系统的重要组成部分,对于DVL测速误差补偿技术的研究十分有意义,AUV在海面航行时,DVL测速误差主要受风浪摇摆的干扰,在量测方程中补偿风浪摇摆造成的DVL测速误差,会提高组合导航精度。 为了将罗经静基座对准方法扩展到动基座,在分析静基座罗经回路的基础上,深入研究了AUV位置、加速度和速度的变化对动基座罗经回路对准精度的影响,得出了静基座罗经对准的改进方法,提出了基于外速度DVL辅助的动基座罗经回路对准方法,将罗经回路对准法由静基座推广至动基座。 |
| 作者： | 朱忠军 |
| 专业： | 精密仪器及机械 |
| 导师： | 奔粤阳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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