高緯度自主水下機器人組合導航方法研究.pdf

1、自主水下機器人作為研究極區(qū)海洋環(huán)境、水文特征、地球氣候，勘探極區(qū)海洋自然資源，極區(qū)海底作業(yè)的重要高技術(shù)工具之一，越來越受到世界各國的重視。隨著極區(qū)的發(fā)展，自主水下機器人將會有更廣闊的應用背景，而導航技術(shù)是極區(qū)自主水下機器人發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過高精度的導航技術(shù)，自主水下機器人可以實現(xiàn)高精度作業(yè)。但是由于海洋環(huán)境復雜，對導航傳感器產(chǎn)生未知的影響，單一的導航系統(tǒng)難以滿足導航需求，從而影響自主水下機器人的自主性、可靠性，削弱了其抗干擾的能力

2、。因此，組合導航系統(tǒng)是導航技術(shù)的首選，使自主水下機器人具有強大的抗干擾能力，高可靠性。適應性強的高精度非線性濾波算法是組合導航系統(tǒng)的關(guān)鍵。此外由于緯度高的特殊原因，極區(qū)組合導航系統(tǒng)也需要嵌入與低緯度組合導航系統(tǒng)不同的導航方法。本文圍繞自主水下機器人極區(qū)導航問題展開了研究。
　　首先根據(jù)課題研究背景及意義研究了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀并提出與導航有關(guān)的問題，研究了現(xiàn)有的導航技術(shù),研究了高緯度地區(qū)導航存在的問題，并從技術(shù)層面提出改進。
　

3、　然后設(shè)計了非近極點高緯度組合導航系統(tǒng)和近極點組合導航系統(tǒng)，詳細介紹了適合高緯度組合導航系統(tǒng)的傳感器，研究了航位推算算法，研究了無色卡爾曼濾波算法和平方根無色卡爾曼濾波算法。
　　再次詳細研究了傳統(tǒng)長基線聲學定位系統(tǒng)，其中包括單應答器測向原理、單應答器定位算法、雙應答器定位算法、三個及三個以上應答器定位算法，并在此基礎(chǔ)之上提出一些適合極點附近通過聲學確定航向的算法，其中包括基于多水聽器多應答器的航向確定算法、基于單水聽器單應答器的

4、航向確定算法、基于單水聽器雙應答器的航向確定算法、基于雙水聽器單應答器的航向確定算法。
　　最后對提出的極點附近通過聲學確定航向的算法進行實驗驗證，實驗結(jié)果表明基于多水聽器多應答器的航向確定算法能夠滿足航向精度1o，適合低航速情況，基于單水聽器單應答器的航向確定算法能夠滿足快速逼近理想航向，適合高航速情況，基于單水聽器雙應答器的航向確定算法在UKF濾波的前提下能夠使航向在理想航向左右搖擺更均勻，適合于低航速情況，基于雙水聽器單應答