多AUV協(xié)同導(dǎo)航定位算法研究與性能分析.pdf

1、作為人類探索海洋的助力器，自主式水下航行器（AUV）被越來(lái)越多的用于進(jìn)行各種水下作業(yè)。但是受限于水下的特殊環(huán)境，傳統(tǒng)的GPS導(dǎo)航無(wú)法應(yīng)用，這使得AUV的水下導(dǎo)航異常困難。同時(shí)近年來(lái)隨著多機(jī)器人系統(tǒng)研究熱潮的掀起，多AUV系統(tǒng)由于其相對(duì)于單平臺(tái)具有諸多優(yōu)勢(shì)而受到越來(lái)越多的重視。本文即研究了在多AUV系統(tǒng)中，AUV之間通過(guò)共享導(dǎo)航信息來(lái)進(jìn)行協(xié)同定位的方法。
　　首先本文對(duì)多AUV協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)中需要的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，其中包括

2、 AUV在進(jìn)行本體測(cè)量和外部測(cè)量時(shí)需要用到的導(dǎo)航傳感器、多 AUV協(xié)同導(dǎo)航中相互共享導(dǎo)航信息時(shí)需要的水下通信技術(shù)以及常用的水下導(dǎo)航技術(shù)。
　　然后本文分析了多AUV協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理及其基本結(jié)構(gòu)，并提出了一種改進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)針對(duì)AUV的水下運(yùn)動(dòng)建立了基本的非線性數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上研究了基于不同非線性近似方法的協(xié)同導(dǎo)航定位算法。
　　對(duì)于非線性系統(tǒng)的泰勒級(jí)數(shù)近似，本文介紹了其基本原理并基于該原理給出了基于EKF的協(xié)

3、同導(dǎo)航定位算法，同時(shí)針對(duì)該算法進(jìn)行了部分改進(jìn)提出了基于迭代EKF的協(xié)同定位算法；對(duì)于非線性系統(tǒng)的UT近似，本文介紹了其基本原理并分析了其理論精度，最后結(jié)合多AUV協(xié)同導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型給出了基于UKF的協(xié)同定導(dǎo)航位算法；對(duì)于非線性系統(tǒng)的Stirling多項(xiàng)式差值近似，本文介紹了其基本原理并分析了其理論精度，同樣結(jié)合多AUV協(xié)同導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型，給出了基于CDKF的協(xié)同導(dǎo)航定位算法；對(duì)于非線性系統(tǒng)的蒙特卡羅近似，本文分析了其基本原理并給出了基于

4、粒子濾波的協(xié)同導(dǎo)航定位算法，通過(guò)將該算法與UKF結(jié)合，提出了基于UKF改進(jìn)的粒子濾波協(xié)同導(dǎo)航定位算法。同時(shí)為驗(yàn)證上述算法的有效性，以航位推算算法為對(duì)比分別進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并分析了算法的性能。
　　最后為分析協(xié)同導(dǎo)航算法的定位性能，以仿真實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)比了基于不同近似方法的協(xié)同導(dǎo)航定位算法的性能，并對(duì)不同算法各自的特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。同時(shí)基于仿真實(shí)驗(yàn)，本文還對(duì)不同觀測(cè)噪聲和不同更新頻率對(duì)協(xié)同導(dǎo)航定位性能的影響進(jìn)行了研究，并分析了各自