模型輔助導(dǎo)航下海流與UUV航速估計方法研究.pdf

1、當(dāng)無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）依賴多普勒計程儀(Doppler Velocity Log, DVL)進行航位推算導(dǎo)航時，實時獲取海流信息與速度信息是UUV水下長航程隱蔽航行導(dǎo)航定位的重要保障。速度信息包含的誤差將導(dǎo)致航位推算導(dǎo)航產(chǎn)生誤差，特別地，海底地形的劇烈變化或DVL發(fā)生故障將導(dǎo)致UUV無法獲得速度信息，此時就需要其他輔助手段來估計自身速度進行航位推算。精確的動力學(xué)模型能夠提供有效

2、的UUV對流速度信息，該速度信息結(jié)合海流速度即可得到UUV對底速度信息。因此，海流信息的估計對UUV僅能獲得對流速度的導(dǎo)航定位有重要作用。為此，本文開展了基于UUV動力學(xué)模型的流速與航速估計方法研究。
　　本文主要對以下幾個方面進行了研究：
　　首先，采用非線性小波變換閾值法對傳感器測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，為后續(xù)工作的順利進行提供條件。通過分析 DVL測速時存在的誤差，采用適用于剛體旋轉(zhuǎn)的自適應(yīng)辨識方法對DVL的安裝偏差角進行校

3、正，并設(shè)計仿真實驗驗證方法的可行性。采用改進的Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對UUV真實航速進行估計，提高DVL的測速精度。
　　其次，考慮傳感器數(shù)據(jù)進行融合時的時間配準(zhǔn)問題，采用改進的插值法將各傳感器測量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到同一采樣頻率上，提高數(shù)據(jù)融合的的實時性和精確性。針對DVL有效時的海流速度估計問題，采用微擾法得到UUV速度誤差狀態(tài)方程，基于此方程設(shè)計動力學(xué)模型輔助 DVL的卡爾曼濾波估計方法，并利用海試試驗數(shù)據(jù)進行仿真實驗

4、，驗證方法的可行性。
　　再次，針對DVL無效時的航速估計問題，通過分析海流速度、動力學(xué)模型輸出速度及 UUV對底速度之間的矢量關(guān)系，并考慮到 UUV航速可能發(fā)生改變，設(shè)計基于動力學(xué)模型的指數(shù)加權(quán)遞推最小二乘估計方法，并利用海試試驗數(shù)據(jù)對所設(shè)計的方法進行仿真實驗，驗證所設(shè)計方法的可行性。
　　最后，利用海試試驗獲得的兩種典型任務(wù)試驗數(shù)據(jù)，通過本文所設(shè)計的基于動力學(xué)模型的估計方法對流速與航速進行估計，并運用于 DVL失效時的導(dǎo)