模型輔助導航下海流與UUV航速估計方法研究.pdf

1、當無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）依賴多普勒計程儀(Doppler Velocity Log, DVL)進行航位推算導航時，實時獲取海流信息與速度信息是UUV水下長航程隱蔽航行導航定位的重要保障。速度信息包含的誤差將導致航位推算導航產生誤差，特別地，海底地形的劇烈變化或DVL發(fā)生故障將導致UUV無法獲得速度信息，此時就需要其他輔助手段來估計自身速度進行航位推算。精確的動力學模型能夠提供有效

2、的UUV對流速度信息，該速度信息結合海流速度即可得到UUV對底速度信息。因此，海流信息的估計對UUV僅能獲得對流速度的導航定位有重要作用。為此，本文開展了基于UUV動力學模型的流速與航速估計方法研究。
　　本文主要對以下幾個方面進行了研究：
　　首先，采用非線性小波變換閾值法對傳感器測量數據進行預處理，為后續(xù)工作的順利進行提供條件。通過分析 DVL測速時存在的誤差，采用適用于剛體旋轉的自適應辨識方法對DVL的安裝偏差角進行校

3、正，并設計仿真實驗驗證方法的可行性。采用改進的Sage-Husa自適應卡爾曼濾波方法對UUV真實航速進行估計，提高DVL的測速精度。
　　其次，考慮傳感器數據進行融合時的時間配準問題，采用改進的插值法將各傳感器測量數據配準到同一采樣頻率上，提高數據融合的的實時性和精確性。針對DVL有效時的海流速度估計問題，采用微擾法得到UUV速度誤差狀態(tài)方程，基于此方程設計動力學模型輔助 DVL的卡爾曼濾波估計方法，并利用海試試驗數據進行仿真實驗

4、，驗證方法的可行性。
　　再次，針對DVL無效時的航速估計問題，通過分析海流速度、動力學模型輸出速度及 UUV對底速度之間的矢量關系，并考慮到 UUV航速可能發(fā)生改變，設計基于動力學模型的指數加權遞推最小二乘估計方法，并利用海試試驗數據對所設計的方法進行仿真實驗，驗證所設計方法的可行性。
　　最后，利用海試試驗獲得的兩種典型任務試驗數據，通過本文所設計的基于動力學模型的估計方法對流速與航速進行估計，并運用于 DVL失效時的導