深海AUV多源導(dǎo)航信息融合方法研究.pdf

1、自主水下航行器(AUV)是開(kāi)發(fā)利用深海資源、調(diào)查深海環(huán)境、利用深?？臻g的關(guān)鍵技術(shù)裝備，而精度高、穩(wěn)定性好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)是自主水下航行器安全、可靠地執(zhí)行水下任務(wù)的技術(shù)保障。對(duì)多源導(dǎo)航信息融合方法的研究是提高自主水下航行器導(dǎo)航定位精度以及可靠性的重要手段之一。本文以深海AUV多源導(dǎo)航信息融合方法為主題，研究工作主要圍繞非線性非高斯濾波算法、導(dǎo)航傳感器數(shù)據(jù)降噪方法、多模型狀態(tài)估計(jì)理論以及在水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用。論文的主要內(nèi)容如下:<

2、br>　　1.針對(duì)非線性、非高斯?fàn)顟B(tài)估計(jì)問(wèn)題，研究高斯和確定采樣型濾波算法。推導(dǎo)非線性貝葉斯濾波理論框架，對(duì)高斯確定采樣型濾波算法進(jìn)行分析，并對(duì)利用數(shù)值積分進(jìn)行非線性近似的方法進(jìn)行研究，建立了一種通過(guò)概率密度函數(shù)進(jìn)行采樣點(diǎn)選取的高階無(wú)跡卡爾曼濾波算法，將其與高斯和濾波理論相結(jié)合，提出一種高斯和高階無(wú)跡卡爾曼濾波算法，數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法能夠兼顧估計(jì)精度和計(jì)算復(fù)雜度，性能優(yōu)于現(xiàn)有的高斯和濾波器。
　　2.為了解決水下航行器組合

3、導(dǎo)航系統(tǒng)由于外部環(huán)境變化、機(jī)械振動(dòng)以及水聲信號(hào)多徑效應(yīng)等噪聲干擾，研究導(dǎo)航傳感器數(shù)據(jù)降噪方法。分析AUV各導(dǎo)航傳感器的工作原理以及引起測(cè)量誤差的原因，并建立各傳感器的誤差模型;對(duì)基于小波變換和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头纸獾男盘?hào)降噪方法進(jìn)行研究，將這兩種方法應(yīng)用于水下航行器各傳感器數(shù)據(jù)預(yù)處理中，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種降噪方法均有助于提升AUV組合導(dǎo)航估計(jì)精度，基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的降噪方法有較好的自適應(yīng)能力。
　　3.針對(duì)水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)噪聲統(tǒng)計(jì)

4、特性不確定的情況，研究基于多模型估計(jì)的組合導(dǎo)航信息融合方法。對(duì)基于多模型估計(jì)理論的狀態(tài)估計(jì)方法進(jìn)行研究，分析交互式多模型算法，利用模型集自適應(yīng)策略中的期望模式修正思想對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，提出一種期望模式修正的交互式多模型估計(jì)算法，在SINS/DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)中對(duì)該方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明改進(jìn)的方法能夠在適度增加計(jì)算復(fù)雜度的情況下，提升組合導(dǎo)航系統(tǒng)估計(jì)精度及算法穩(wěn)定性。
　　4.針對(duì)交互式多模型算法中模型轉(zhuǎn)移概率更新對(duì)量測(cè)噪聲變化過(guò)于

5、敏感、模型概率計(jì)算容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的問(wèn)題，對(duì)模型轉(zhuǎn)換概率自適應(yīng)交互式多模型方法進(jìn)行研究。分析引起模型概率計(jì)算不準(zhǔn)確的因素，對(duì)改進(jìn)的新息交互式多模型算法進(jìn)行研究，提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的交互式多模型估計(jì)方法，對(duì)AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)中隱含的因果信息進(jìn)行分析，建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)SINS/DVL/TAN/MCP組成的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明提出的算法能夠解決交互式多模型估計(jì)中存在的模型切換滯后問(wèn)題，提高AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)的狀

6、態(tài)估計(jì)精度。
　　5.為了提高水下航行器多源導(dǎo)航信息融合方法的實(shí)時(shí)性、靈活性以及容錯(cuò)能力，對(duì)聯(lián)邦多模型估計(jì)信息融合方法進(jìn)行研究。對(duì)聯(lián)邦濾波器的一般結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)流程等進(jìn)行分析，將多模型估計(jì)引入到聯(lián)邦濾波器中，建立一種聯(lián)邦多模型估計(jì)算法結(jié)構(gòu)，并對(duì)該算法進(jìn)行推導(dǎo);結(jié)合多源導(dǎo)航傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，建立一種適用于水下航行器的信息融合結(jié)構(gòu);推導(dǎo)以SINS作為參考系統(tǒng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)誤差模型，并設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明由于聯(lián)邦交互式多模型濾波能夠自適