基于航跡的單點(diǎn)應(yīng)答器測(cè)距AUV組合導(dǎo)航定位技術(shù)研究.pdf

1、在油氣、礦產(chǎn)、勘查等海洋開發(fā)活動(dòng)中,水下潛器的導(dǎo)航定位起著十分重要的作用,而如何實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的高精度水下潛器導(dǎo)航定位就已成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文針對(duì)實(shí)際項(xiàng)目需求采用基于航跡的單點(diǎn)應(yīng)答器測(cè)距AUV組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)能在定位精度和作用區(qū)域范圍上獲得較大的提高和擴(kuò)充,而且系統(tǒng)整體的成本也得到了降低,是一種較為理想的定位方法。
　　首先,分析了基于GPS信號(hào)、母船尾隨跟蹤、聲學(xué)等現(xiàn)有的水下導(dǎo)航定位常用方法,從定位精度、操作范

2、圍、應(yīng)用領(lǐng)域、輔助設(shè)備、工作原理、經(jīng)濟(jì)成本多方面分析,說(shuō)明了使用單點(diǎn)應(yīng)答器測(cè)距(Single-UTP)和超短基線測(cè)向(Bearing-only USBL)組合方案的必要性。
　　其次,對(duì)導(dǎo)航定位中常用坐標(biāo)系給予了介紹,并建立了坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。分析了單點(diǎn)應(yīng)答器測(cè)距和超短基線測(cè)向的水下定位原理及各自存在的不足,并在此基礎(chǔ)上建立了測(cè)距—測(cè)向組合水下定位的相關(guān)數(shù)學(xué)模型。闡述了聲信號(hào)在深海中傳播路徑彎曲現(xiàn)象對(duì)水下定位的影響。
　

3、　再次,為了改善導(dǎo)航定位精度構(gòu)建了深海聲路徑彎曲模型,可得到較為精確的問(wèn)答往返時(shí)間與測(cè)向信息。對(duì)系統(tǒng)量測(cè)信息采用數(shù)據(jù)預(yù)處理的措施以提高數(shù)據(jù)集中度和符合度。從適用對(duì)象、估計(jì)精度及計(jì)算量,對(duì)比分析了標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼、擴(kuò)展卡爾曼和無(wú)跡卡爾曼濾波算法,選取基本卡爾曼濾波器(KF)來(lái)實(shí)現(xiàn)水下導(dǎo)航定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)估計(jì)并利用其本身設(shè)計(jì)了野值處理程序。
　　最后,建立了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的狀態(tài)方程和單應(yīng)答器測(cè)距—測(cè)向定位量測(cè)方程。當(dāng)僅利用單應(yīng)答器純測(cè)距定位時(shí),

4、需要在航跡上多個(gè)位置點(diǎn)與應(yīng)答器進(jìn)行通信,來(lái)獲得潛器和海底應(yīng)答器之間的水平距離,通過(guò)多組距離方程可解算出潛器位置的相對(duì)坐標(biāo)。經(jīng)仿真分析,該方法是以潛器速度、航向誤差較小為前提的,多數(shù)情況下定位精度并不樂(lè)觀。當(dāng)僅利用單應(yīng)答器純測(cè)向定位時(shí),同樣需在多點(diǎn)對(duì)應(yīng)答器測(cè)向,來(lái)獲得海底應(yīng)答器相對(duì)于潛器的方位信息,由此可解算出潛器的相對(duì)位置。經(jīng)仿真分析,該方法的定位精度不僅與方位估計(jì)精度有關(guān),還與水下潛器的航跡有關(guān)。要想得到較好的精度,必須對(duì)潛器航線進(jìn)行