未知海底環(huán)境下AUV組合導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、在海底未知復(fù)雜環(huán)境中,人類目前對(duì)海底的環(huán)境掌握的信息很少,由于我們無法事先在未知的海域布放換能器或換能器陣,也不可能事先得到準(zhǔn)確的環(huán)境測(cè)繪圖,因此聲學(xué)導(dǎo)航法和地球物理導(dǎo)航法都無法使用。由于水下導(dǎo)航的特殊性和復(fù)雜性,目前的水下導(dǎo)航系統(tǒng)主要以自主性能好的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為核心,輔之以GPS和DVL等導(dǎo)航傳感器共同構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng),這樣可以充分發(fā)揮每種導(dǎo)航方法的優(yōu)勢(shì),提高導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和導(dǎo)航精度。本文的主要研究分兩部分,第一部分針對(duì)DV

2、L水下量程不夠,分別設(shè)計(jì)出水面和水下組合導(dǎo)航模式,通過建立洋流模型估計(jì)出洋流速度,提高了導(dǎo)航精度;第二部分分析AUV位置、加速度和速度的變化對(duì)動(dòng)基座羅經(jīng)回路對(duì)準(zhǔn)精度的影響,引入外速度DVL輔助,將羅經(jīng)回路對(duì)準(zhǔn)法由靜基座推廣至動(dòng)基座。論文的主要工作如下:
　　介紹了捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)導(dǎo)航中用到的坐標(biāo)系作了定義并介紹了它們之間的數(shù)學(xué)變換方式,推導(dǎo)出慣導(dǎo)系統(tǒng)基本方程,鑒于系統(tǒng)的誤差會(huì)給導(dǎo)航精度帶來很大的影響,將重點(diǎn)放在了建立

3、慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型中,最后對(duì)捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)作了簡(jiǎn)單介紹。
　　針對(duì)多普勒計(jì)程儀DVL水下測(cè)速量程不夠,以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)SINS作為水下導(dǎo)航技術(shù)的核心,通過對(duì)洋流的建模,分別設(shè)計(jì)出水面SINS/GPS/DVL和水下SINS/DVL模式組合導(dǎo)航系統(tǒng),用卡爾曼濾波算法可以估計(jì)出洋流速度,解決了DVL由于水下量程不夠所帶來的導(dǎo)航精度問題,通過仿真比較,洋流補(bǔ)償可以驗(yàn)證本方案組合導(dǎo)航的可行性。
　　DVL作為測(cè)速裝置,可以提

4、供穩(wěn)定而連續(xù)的速度信息,是組合導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分,對(duì)于DVL測(cè)速誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究十分有意義,AUV在海面航行時(shí),DVL測(cè)速誤差主要受風(fēng)浪搖擺的干擾,在量測(cè)方程中補(bǔ)償風(fēng)浪搖擺造成的DVL測(cè)速誤差,會(huì)提高組合導(dǎo)航精度。
　　為了將羅經(jīng)靜基座對(duì)準(zhǔn)方法擴(kuò)展到動(dòng)基座,在分析靜基座羅經(jīng)回路的基礎(chǔ)上,深入研究了AUV位置、加速度和速度的變化對(duì)動(dòng)基座羅經(jīng)回路對(duì)準(zhǔn)精度的影響,得出了靜基座羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)的改進(jìn)方法,提出了基于外速度DVL輔助的動(dòng)基座羅