AUV水下導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、AUV是一種自治式潛水器。如果AUV的導(dǎo)航系統(tǒng)提供的位置或姿態(tài)信息發(fā)生錯(cuò)誤,將會(huì)影響制導(dǎo)和控制系統(tǒng)的精度,因此導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)AUV執(zhí)行各種水下任務(wù)來(lái)說(shuō)具有決定性意義,是決定AUV技術(shù)水平的一個(gè)重要的標(biāo)志。本文從提高AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度的實(shí)際需要出發(fā),對(duì)AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究,主要工作有:
　　1.研究了船位推算算法的原理,推導(dǎo)了船位推算算法的誤差方程,在此基礎(chǔ)上研究了捷聯(lián)慣導(dǎo)和DVL的分立式標(biāo)定方法,通過(guò)合

2、理地簡(jiǎn)化,分離出DVL刻度因數(shù)誤差和安裝偏差,從而對(duì)DVL刻度因數(shù)誤差和部分安裝偏差進(jìn)行補(bǔ)償。針對(duì)分立式標(biāo)定方法的不足,提出了一種效果更優(yōu)的整體式標(biāo)定方法,詳細(xì)推導(dǎo)了整體式標(biāo)定算法,并利用所提出的算法對(duì)DVL的刻度因數(shù)誤差與安裝誤差進(jìn)行了整體式標(biāo)定和一體化補(bǔ)償,最后進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　2.研究了動(dòng)基座條件下捷聯(lián)慣導(dǎo)快速對(duì)準(zhǔn)算法。首先研究了慣性系對(duì)準(zhǔn)方法原理,并推導(dǎo)了誤差方程,結(jié)論表明慣性系對(duì)準(zhǔn)極限精度取決于陀螺漂移和加

3、速度計(jì)零偏。進(jìn)而提出一種卡爾曼濾波慣性系對(duì)準(zhǔn)算法:采用卡爾曼濾波算法獲得準(zhǔn)確的重力加速度信息,完成慣性系初始對(duì)準(zhǔn),該方法具有工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、對(duì)準(zhǔn)精度高、對(duì)準(zhǔn)時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)仿真試驗(yàn)、靜態(tài)試驗(yàn)、搖擺試驗(yàn)和動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)對(duì)所提算法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　3.介紹了非線性高斯系統(tǒng)濾波遞推公式,研究了以Unscented變換近似高斯積分的UKF算法和以Spherical-RadialCubature準(zhǔn)則為近似高斯積分策略的CKF濾波算法

4、,并從理論上證明了二者之間的估計(jì)精度差別:在處理高維非線性系統(tǒng)時(shí),UKF算法估計(jì)精度低于CKF算法,而CKF算法估計(jì)精度高,且較為穩(wěn)定,更適合應(yīng)用于系統(tǒng)狀態(tài)維數(shù)較高的SINS/DVL組合導(dǎo)航。最后提出將UKF算法和CKF算法應(yīng)用于姿態(tài)誤差角較大時(shí)的SINS/DVL組合導(dǎo)航仿真和試驗(yàn),以驗(yàn)證分析的結(jié)果的正確性。
　　4.研究了基于水聲測(cè)距的捷聯(lián)慣導(dǎo)與多普勒計(jì)程儀組合導(dǎo)航系統(tǒng)校正技術(shù)。通過(guò)裝備于母船上的測(cè)距設(shè)備,測(cè)量出AUV相對(duì)母船的