特種ROV定位及數(shù)據(jù)融合方法研究.pdf

1、本文針對(duì)某型實(shí)驗(yàn)水池用遙控水下機(jī)器人(特種ROV)，設(shè)計(jì)一種利用特種ROV上安裝的多個(gè)測(cè)距聲納進(jìn)行位置和航向測(cè)定的定位系統(tǒng)。同時(shí)，為了提高定位精度，減小由于傳感器測(cè)量噪聲、各種誤差和其他因素所引起的不確定性干擾，應(yīng)用多傳感器數(shù)據(jù)融合理論中的估計(jì)濾波方法進(jìn)行多種傳感器數(shù)據(jù)的融合處理。由于根據(jù)特種ROV建立的濾波方程均為非線性方程，而通常采用的擴(kuò)展卡爾曼濾波方法(EKF)在線性化處理過程中會(huì)引入誤差，進(jìn)而影響估計(jì)效果。因此，本文研究了—種稱

2、為Unscented卡爾曼濾波方法(UKF)的非線性估計(jì)方法，其特點(diǎn)在于可以直接利用非線性模型，避免引入線性化誤差，且計(jì)算量與EKF相當(dāng)。 論文首先從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩方面系統(tǒng)的分析了—般水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型，并根據(jù)特種ROV的設(shè)計(jì)參數(shù)和水動(dòng)力系數(shù)，利用矢量化建模思想建立特種ROV運(yùn)動(dòng)模型，并對(duì)其予以驗(yàn)證。運(yùn)動(dòng)模型的建立為后續(xù)定位方法的研究提供了必要條件。 其次，在比較、分析一般陸地和水下移動(dòng)機(jī)器人常用導(dǎo)航定位方法的基礎(chǔ)之

3、上，根據(jù)特種ROV特殊的工作環(huán)境和功能要求，設(shè)計(jì)了一種利用多測(cè)距聲納進(jìn)行位置解算的方法?？紤]到特種ROV仍處于設(shè)計(jì)階段，文中通過定位解算方法的逆運(yùn)算來模擬測(cè)距聲納的測(cè)量數(shù)據(jù)，以此進(jìn)行定位算法的可行性驗(yàn)證。 再次，在考慮測(cè)量噪聲等不確定性因素并結(jié)合特種ROV定位系統(tǒng)最終要實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和航向狀態(tài)測(cè)量的目標(biāo)，文中著重對(duì)估計(jì)方法中的卡爾曼濾波方法(KF)、擴(kuò)展卡爾曼濾波方法(EKF)、Unscented卡爾曼濾波方法(UKF)的原理和算法