特種ROV定位及數(shù)據(jù)融合方法研究.pdf

1、本文針對某型實驗水池用遙控水下機器人(特種ROV)，設(shè)計一種利用特種ROV上安裝的多個測距聲納進行位置和航向測定的定位系統(tǒng)。同時，為了提高定位精度，減小由于傳感器測量噪聲、各種誤差和其他因素所引起的不確定性干擾，應(yīng)用多傳感器數(shù)據(jù)融合理論中的估計濾波方法進行多種傳感器數(shù)據(jù)的融合處理。由于根據(jù)特種ROV建立的濾波方程均為非線性方程，而通常采用的擴展卡爾曼濾波方法(EKF)在線性化處理過程中會引入誤差，進而影響估計效果。因此，本文研究了—種稱

2、為Unscented卡爾曼濾波方法(UKF)的非線性估計方法，其特點在于可以直接利用非線性模型，避免引入線性化誤差，且計算量與EKF相當。 論文首先從運動學(xué)和動力學(xué)兩方面系統(tǒng)的分析了—般水下機器人的運動模型，并根據(jù)特種ROV的設(shè)計參數(shù)和水動力系數(shù)，利用矢量化建模思想建立特種ROV運動模型，并對其予以驗證。運動模型的建立為后續(xù)定位方法的研究提供了必要條件。 其次，在比較、分析一般陸地和水下移動機器人常用導(dǎo)航定位方法的基礎(chǔ)之

3、上，根據(jù)特種ROV特殊的工作環(huán)境和功能要求，設(shè)計了一種利用多測距聲納進行位置解算的方法。考慮到特種ROV仍處于設(shè)計階段，文中通過定位解算方法的逆運算來模擬測距聲納的測量數(shù)據(jù)，以此進行定位算法的可行性驗證。 再次，在考慮測量噪聲等不確定性因素并結(jié)合特種ROV定位系統(tǒng)最終要實現(xiàn)對位置和航向狀態(tài)測量的目標，文中著重對估計方法中的卡爾曼濾波方法(KF)、擴展卡爾曼濾波方法(EKF)、Unscented卡爾曼濾波方法(UKF)的原理和算法