基于多波束測深系統(tǒng)的海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)研究.pdf

1、高精度導(dǎo)航是水下潛器研究領(lǐng)域最主要的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。隨著多波束測深系統(tǒng)在海底地形測量中的廣泛應(yīng)用，研究基于多波束測深的海底地形匹配輔助導(dǎo)航技術(shù)變得很有意義。相比于以單波束測深原理為基礎(chǔ)的ICCP、TERCOM等一維序列匹配輔助導(dǎo)航方法，基于多波束測深系統(tǒng)的二維高程陣列匹配算法增加了原始地形信息的豐富度，可以用來提高地形輔助匹配導(dǎo)航系統(tǒng)的精度和適用性。本文在建立二維高程信息匹配導(dǎo)航模型前提下，分別針對二維陣列的高程空間和特征空間進(jìn)行了匹配導(dǎo)

2、航的研究。通過深入的理論探討和充分的仿真分析，驗(yàn)證了所提方法能夠滿足高精度水下地形匹配輔助導(dǎo)航系統(tǒng)的苛刻要求。論文的主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)在深入了解多波束測深系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，結(jié)合一般地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)框圖給出了基于多波束測深的海底地形匹配導(dǎo)航框圖。利用規(guī)則格網(wǎng)地形模型描述多波束測深結(jié)果，抓住這種地形高程分布是一種二維密度分布的本質(zhì)，運(yùn)用類比思想，把高程陣列匹配問題變換到灰度像素的匹配問題，建立了基于灰度圖像匹配的導(dǎo)航模型，并

3、分析了影響此地形匹配導(dǎo)航模型性能的主要誤差來源。
　　(2)對于地形高程空間或者說圖像灰度空間的直接匹配方法，綜合考慮時間和精度等指標(biāo)，采用快速匹配領(lǐng)域的序貫相似性檢測算法(SSDA)進(jìn)行匹配，并進(jìn)一步結(jié)合小波分析的相關(guān)理論，給出基于小波分解的分層搜索加速匹配方法。仿真驗(yàn)證了上述方法應(yīng)用于海底地形匹配導(dǎo)航中的可行性，并且在匹配時間和精度方面均能滿足要求。
　　(3)為了解決SSDA方法對于航向過于敏感的問題，把地形高程空間投

4、影到矩函數(shù)空間，研究了基于Hu矩和Zernike矩的特征空間匹配導(dǎo)航方法。對于Hu矩和Zernike矩的一系列不變量進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和仿真驗(yàn)證。為了保證任意方向航行的水下潛器均能正確匹配，提出了圓窗口化的搜索策略。仿真表明利用矩函數(shù)進(jìn)行地形特征匹配導(dǎo)航的方法具有較大抗噪聲能力和較強(qiáng)適用性。
　　(4)通過連續(xù)匹配的實(shí)施，給出了動態(tài)航行狀態(tài)下匹配位置的確定過程和誤差校正方法。在規(guī)劃的幾條典型航跡上，分析比較了二維高程分布匹配方法