AUV組合導航系統(tǒng)研究.pdf

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

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

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航中的應用,針對自主式水下航行器水下潛行階段采用SINS/DVL(捷聯(lián)慣導/多普勒)組合導航方式,給出了組合導航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和量測方程,設(shè)計了卡爾曼濾波算法并進行了仿真,仿真結(jié)果表明經(jīng)過SINS/DVL融合后的系統(tǒng)基本可以滿足水下導航的要求,但如果航行時間過長,導航定位的精度仍會下降,需要采取其他導航措施輔助。
　　最后,針對自主式水下機器人水面校準階段采用SINS

4、/GPS導航組合方式,采用了平時工程中較為常用的基于位置、速度信息組合的淺組合模式。建立了組合導航系統(tǒng)濾波的狀態(tài)方程和量測方程,設(shè)計了輸出校正間接法的卡爾曼濾波算法和sage-husa自適應卡爾曼濾波算法,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)慣導系統(tǒng)誤差狀態(tài)發(fā)散現(xiàn)象,提高了導航精度。同時通過兩種算法的對比,sage-husa自適應卡爾曼濾波算法則具有更高的濾波精度和穩(wěn)定性,能夠更好的滿足長時間遠距離導航的要求