AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)無(wú)論在軍用還是民用方面都有著廣泛的應(yīng)用。導(dǎo)航技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AUV自主航行的關(guān)鍵,導(dǎo)航系統(tǒng)必須提供遠(yuǎn)距離及長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的精確定位、速度及姿態(tài)信息。本文對(duì)以捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)為核心的自主式水下航行器組合導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了研究,并實(shí)現(xiàn)了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。主要研究工作如下:
　　首先,研究分析了捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基

2、本導(dǎo)航原理和算法,進(jìn)行了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)基本的位置、速度、姿態(tài)的公式推理,并研究了慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差特性,給出了對(duì)應(yīng)的誤差方程。
　　其次,在Matlab環(huán)境下,對(duì)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了仿真,整個(gè)仿真系統(tǒng)包括模擬運(yùn)載體軌跡發(fā)生、慣性器件的仿真輸出以及捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航解算等。以慣性器件的仿真輸出作為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航解算部分的輸入進(jìn)行解算,進(jìn)而比對(duì)模擬的軌跡數(shù)據(jù)而得出捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)解算的誤差。仿真結(jié)果表明捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差隨時(shí)間增長(zhǎng)而積

3、累,符合其自身的性質(zhì)。
　　再次,研究了卡爾曼濾波在組合導(dǎo)航中的應(yīng)用,針對(duì)自主式水下航行器水下潛行階段采用SINS/DVL(捷聯(lián)慣導(dǎo)/多普勒)組合導(dǎo)航方式,給出了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測(cè)方程,設(shè)計(jì)了卡爾曼濾波算法并進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明經(jīng)過(guò)SINS/DVL融合后的系統(tǒng)基本可以滿足水下導(dǎo)航的要求,但如果航行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)航定位的精度仍會(huì)下降,需要采取其他導(dǎo)航措施輔助。
　　最后,針對(duì)自主式水下機(jī)器人水面校準(zhǔn)階段采用SINS

4、/GPS導(dǎo)航組合方式,采用了平時(shí)工程中較為常用的基于位置、速度信息組合的淺組合模式。建立了組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波的狀態(tài)方程和量測(cè)方程,設(shè)計(jì)了輸出校正間接法的卡爾曼濾波算法和sage-husa自適應(yīng)卡爾曼濾波算法,仿真結(jié)果表明由于GPS位置和速度信息的引入,一定程度上克服了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差狀態(tài)發(fā)散現(xiàn)象,提高了導(dǎo)航精度。同時(shí)通過(guò)兩種算法的對(duì)比,sage-husa自適應(yīng)卡爾曼濾波算法則具有更高的濾波精度和穩(wěn)定性,能夠更好的滿足長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離導(dǎo)航的要求