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，可長時間水下導(dǎo)航定位，可滿足自主式水下無人航行器“長期、隱蔽、全天候、高精度”的導(dǎo)航要求。本文以自主式水下無人航行器潛航時的精確導(dǎo)航定位為研究背景，以不同聲學(xué)傳感器作為地形測量設(shè)備，對海底地形匹配導(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深傳感器在進(jìn)行海底地形匹配時的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了適用于自主式水下無人航行器的海底地形匹配導(dǎo)航方法。
　　2、研究了多波束測深數(shù)據(jù)處理和地形匹配單元的組建方法。分析多波束測深原理出發(fā)，研究了多波束測深數(shù)據(jù)的濾波方法；基于傳感器的不同，建立了實時測深數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型；基于電子海圖數(shù)據(jù)和多波束測深數(shù)據(jù)，分

3、別研究了參考地形數(shù)據(jù)庫的建立方法；探討了適用于海底地形匹配的參考地形數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)；提出了地形匹配中搜索區(qū)域的選擇方法和實時測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深數(shù)據(jù)的地形匹配定位方法。利用多波束測深的特點(diǎn)，提出一種基于極大后驗估計的海底地形匹配定位模型。對地形特征不明顯區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的偽定位點(diǎn)、增加實時測深數(shù)據(jù)會導(dǎo)致計算量上升這一問題，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

4、數(shù)據(jù)對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)場的海底地形精確定位方法。
　　4、研究了適用于低能耗測深傳感器的地形匹配導(dǎo)航方法。用聲學(xué)高度計和多普勒測速儀等低能耗傳感器作為海底地形測量設(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，并利用粒子濾波對貝葉斯濾波問題求近似解；針對粒子濾波的粒子貧化問題，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，并利用多波束測深文件中解析出的高度計和多普勒測速儀的測深數(shù)據(jù)對這兩種改進(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)航問題。海底地形特征的描述出發(fā)，通過分析海底地形的適配性，并對海底地形匹配的路徑規(guī)劃進(jìn)行研究，并針對規(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)航對參考導(dǎo)航系統(tǒng)的修正方法，設(shè)計了自主式水下無人航行器海底地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)