基于iccp的水下潜器地形辅助导航方法分析

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1、哈尔滨T稗大学硕十学何论文第1章绪论1．1发展水下导航技术的重要性海洋，作为人类生活的三大空间体系之一，占地球表面积71％，蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。自19世纪以来，人们就开始利用各种手段不断地对海洋进行勘探。进入新世纪，一方面由于人口膨胀而造成的资源短缺和环境污染问题日益突出，另一方面由于海洋的低利用率，人们开始将焦点对准了这块尚未完全开发的宝地。由于海洋环境的特殊性，一直以来，海洋都显得陌生而神秘。以海底地形地貌为例，以前人们对海洋地形的认识单一，直到1927年，德国“流星号’’用回声测深仪系统测量南大西洋海底地形时，人们才惊讶地发

2、现海底和陆地一样，有高山、深谷，也有平原和盆地¨1。进入新世纪，随着机器人技术的迅速发展，水下机器人作为一种高技术手段，极大地延伸了人类的触角，在海底这块人类未来最现实的可发展空间的中扮演着越来越重要的角色。因此，要想在海洋资源开发中取得主动权，就必须大力推动水下机器人的发展。用于海洋观测考察和开发的水下机器人，主要有载人潜水器(MannedUnderwaterVehicles，MUV)和无人潜水器(UnmannedUnderwaterVehicles，UUV)口1。最早用于水下探测的便是载人潜器，其技术发展至今，相较于无人潜水器，技术要更加成熟。

3、但考虑到工作环境的特殊性，载人潜水器虽然易于实现却又无法在深海发挥作用，其工作范围有相当的局限性，不利于可持续发展和探测。无人潜水器，即一般意义上的水下机器人，它按照是否与母船有物理连接，又可分为无人遥控潜水器(RemotelyOperatedVehicle，ROV)和自治水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)。ROV与水面母船之间由脐带电缆连接，母船借助脐带电缆既可以向机器人传输动力，又可实时传输控制信号，对机器人执行的任务进行部署；同时处于水下作业的ROV借助脐带电缆，可及时地向母船传输数据／图像信号，构成

4、一个非常成熟的闭环操作系统p1。而AUV与母船之间则没有物理连接，它是依靠自身携带的动力及机器智能自主航行。两者相比可以看出，有缆哈尔滨1．群人学硕十学位论文ROVm然技术成熟，但由于受限于脐带线，并不适合大水深、广水域作业，山jwHj：辅助海底打油的勘探工作。虽然ROV也可以借助超出波联系，达剑去除缆绳的日的，但由于超声波在水F的传送能力有限，Ⅱ易受到干扰，图1．2CR．叭6000m自治水下潜器川竹度还有待考察：而从AUV本身的设计来看，虽然没有脐带纠缠，具有活动范围大、潜水深度大、且不需要庞大水面支持系统、运行和维修费用低等优点，然而受相芙技术

5、发展水平的限制，月前AUV还不如ROV那样成熟“，其rfl制约AUV发展的关键技术主要有：1．导航定位系统及传感器(NavigationandSensors)2控制系统(Controlsystem)哈尔滨T稃大学硕+学何论文3．动力或推进系统(Dynamicssystem)4．通信方法(Communication)5．能量来源(Powersystem)6．导流罩和耐压板(FairingandPressureHulls)7．机械操作系统(MechanicalManipulators)以上列举的每一个部分都是研制自主水下航行器所必需的。可以看出，自主水

6、下航行器的研制是一项需要将多方面的科学技术进行综合的复杂工程，其中最为重要的问题就是导航问题。可以设想一下，当潜器身处海底时，且不论潜器的任务是什么，它的首要前提就是要有精确的定位保证，只有先知道了在哪里?才能进一步实现去哪里?以及如何到达的问题?因此，成熟的导航定位技术是研制水下航行器的必要前提。1．2水下导航方法在目前水下导航方法的实际运用中，单一的方法，其精度、可靠性远远无法满足远程、长时间航行AUV发展的需要，为了使AUV具有在不同地形特性的区域内仍能达到较高的导航要求，通常采用了组合导航的思想，在某一区域内以具有优势的导航方法为主，(一般

7、是惯性导航为主)其它方法为辅，将多种导航技术适当地组合起来，从而达到降低成本、提高系统的导航精度、可靠性等多种功用的目的。纵观水下辅助导航技术的发展，主要有以下几个导航方向：1．惯性导航惯性导航(InertialNavigationSystem，INS)是上个世纪初发展起来的导航技术。其基本原理是根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律。该系统首先利用陀螺、加速度计等惯性元件测量载体在运动过程中的加速度，然后经积分计算，便能得到载体的位置与速度等导航参数【51，从而实现对潜器的定位跟踪。由于惯性导航具有自主性等特点，目前已被广泛用于军事和民用领域。2。

8、声学导航相对于电磁信号来说，声信号可以在水下传播较远的距离，因此声发射机可以作为信标来引导AUV的航行。目前，AUV采用的