多傳感器條件下的AUV海底地形匹配導(dǎo)航研究.pdf

1、海底匹配導(dǎo)航不需要布放外部傳感器，不需要上浮修正，不存在累積誤差，可長(zhǎng)時(shí)間水下導(dǎo)航定位，可滿足自主式水下無(wú)人航行器“長(zhǎng)期、隱蔽、全天候、高精度”的導(dǎo)航要求。本文以自主式水下無(wú)人航行器潛航時(shí)的精確導(dǎo)航定位為研究背景，以不同聲學(xué)傳感器作為地形測(cè)量設(shè)備，對(duì)海底地形匹配導(dǎo)航定位方法進(jìn)行了研究。論文的主要工作有：
　　1、研究了海底地形匹配導(dǎo)航模型和特殊性。參考飛行器的地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)，給出了AUV海底地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)的組成、原理和導(dǎo)航模型

2、，并對(duì)影響海底地形匹配性能的因素進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，比較飛行器地形匹配導(dǎo)航與自主式水下無(wú)人航行器海底地形導(dǎo)航的異同點(diǎn)，分析比較了不同的測(cè)深傳感器在進(jìn)行海底地形匹配時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了適用于自主式水下無(wú)人航行器的海底地形匹配導(dǎo)航方法。
　　2、研究了多波束測(cè)深數(shù)據(jù)處理和地形匹配單元的組建方法。分析多波束測(cè)深原理出發(fā)，研究了多波束測(cè)深數(shù)據(jù)的濾波方法；基于傳感器的不同，建立了實(shí)時(shí)測(cè)深數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型；基于電子海圖數(shù)據(jù)和多波束測(cè)深數(shù)據(jù)，分

3、別研究了參考地形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立方法；探討了適用于海底地形匹配的參考地形數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)；提出了地形匹配中搜索區(qū)域的選擇方法和實(shí)時(shí)測(cè)深地形和提取地形間參考水深偏差的消除方法。
　　3、研究了基于多波束測(cè)深數(shù)據(jù)的地形匹配定位方法。利用多波束測(cè)深的特點(diǎn)，提出一種基于極大后驗(yàn)估計(jì)的海底地形匹配定位模型。對(duì)地形特征不明顯區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的偽定位點(diǎn)、增加實(shí)時(shí)測(cè)深數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量上升這一問(wèn)題，提出了基于脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)的偽定位點(diǎn)判別方法，然后利用海中試驗(yàn)

4、數(shù)據(jù)對(duì)基于的海底地形匹配定位算法特性進(jìn)行了研究。最后針對(duì)某些要求高精度水下定位要求，提出一種基于馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)的海底地形精確定位方法。
　　4、研究了適用于低能耗測(cè)深傳感器的地形匹配導(dǎo)航方法。用聲學(xué)高度計(jì)和多普勒測(cè)速儀等低能耗傳感器作為海底地形測(cè)量設(shè)備，提出基于貝葉斯濾波框架的海底地形匹配導(dǎo)航路徑跟蹤模型，并利用粒子濾波對(duì)貝葉斯濾波問(wèn)題求近似解；針對(duì)粒子濾波的粒子貧化問(wèn)題，提出了分別基于免重采樣和粒子調(diào)整的改進(jìn)粒子濾波地形匹配導(dǎo)航

5、算法，并利用多波束測(cè)深文件中解析出的高度計(jì)和多普勒測(cè)速儀的測(cè)深數(shù)據(jù)對(duì)這兩種改進(jìn)算法的特性進(jìn)行了研究。
　　5、研究了多傳感器條件下的地形輔助導(dǎo)航問(wèn)題。海底地形特征的描述出發(fā)，通過(guò)分析海底地形的適配性，并對(duì)海底地形匹配的路徑規(guī)劃進(jìn)行研究，并針對(duì)規(guī)劃路徑中地形特征豐富程度的不同，提出一種基于搜索定位-路徑跟蹤的多傳感器地形匹配導(dǎo)航模式；基于該模式，提出地形匹配導(dǎo)航對(duì)參考導(dǎo)航系統(tǒng)的修正方法，設(shè)計(jì)了自主式水下無(wú)人航行器海底地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)