基于信息滤波的auv自主导航算法研究

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1、谨以此论文献给我的恩师、亲人、朋友以及在学校共同生活学习过的同学们～一一一张洪进，～j：基于信息滤波的AUV自主导航算法研究学位论文完成同期指导教师签字答辩委员会成员箍字鎏荐独创声明本人声叫所鞋变的学位论文是奉人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成粜。据我所知，除了文c”特别加以标注和致谢的地方外，论文中I．f_=包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得!洼：塑避直甚地盎暨盐型童盟的，垒拦t堑空2或其他教育机构的学位或证1{使J{f

2、

3、过的村剌。与我同，L作的同志对本研究所做的任何贡献均已在

4、^文中作了明确的

5、兑明并表示榭意。学位

6、仑文作者签名：签字闩期学位论文版权使用授权书本

7、学位

8、仑文作着完全了解学校古戈保留、使用学位论文的规定，并同意以F事项：】、学校有权保留并向国家柯关部门或机构送变沧文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编八有关数槲库进行检索，可以采J胡影印、缩印或{I描锋复制手段保存、忙编学位论文。同时授权清华人学“中国学术期刊(光珊版1电子杂志社一用于}L!版莉I编入CNKI《-}，国知泌资源总库》，授权t{l国科学技术信息研究所将本学位沦文收录到《q-凹学位论文全文数据库》。(保密的学位沦文住解密后适用本授权书)学位论文作者签名签字同期％箍师期导同～}箍基于信息滤波的AUV自主导航算法研究摘要舟主式水下机器人(A

9、utonomousUnderwaterVehicles+AUV)越人类』r发海洋的重要工只，有着广阔的发展前景，但出面临着许多技术挑战，导航问题就是其。}-之4o当前许多导航方式需借助GPS、基线等设备或需要先验地削，这f“重制约着AUV在术知水下环境i}l导航的白1陛。同卜J定位和地削构缱(SimultaneousLocalizationandMapping．SLAM)技术能够实现AUV的真TE目I-导航．是水F#taa人领域研究的热点。传感器获取环境信息足解决SLAM问邀舶第步，对．【=f、境描述的越精确，数据量就越火，实时性也会陋之降低，幽此对传感器数据进行适当处理显得尤为熏要。研究实时

10、性好、精确度高的SLAM算法成为当时AUV领域峨待解决的问题；另方面如何处理传感器数掘，以解决环境特征描述陛差、数捌戈联难度大等问题【[；【迪在眉睫。针对这些问题，本文将深入研究融合了f々感器数栅预处理朐稀疏化扩展信息滤波(SparseExtendedInformationFilter．SEIF)SLAM算法，该算法rP的稀疏化步螺是点睛之笔，它使算法可以恒时执行，I可与地图t{1路标数无关，返极大地提商了汁算效率。本文首先关t1AUV和SLAM的研究现状与发展前景，并对!j前正流St。AM算法进行比较；然后探讨应用最广泛的SLAM算法——EKF—SLAM帕基本原理和实现过程；在此基础上，着重

11、研究SEIF-SLAM算法并进行了仿真验证。接下柬，在分析各种声呐优缺点之后，结合本文采用的唯波束扫挑成像声呐的[作原理．提出了去噪、稀疏化和校证等声呐数掘预处理方法，进步提高了AUV导航的实时性和精确性。实惭：数据坩L述导航算法和数蚶处胖方法∞验证结粜及分析表明：昕采用∞算法对AUV位姿和地图估计均有较好效果，满足实际航行需求：传感器数掘顸处理进一步提高了AUV导航的有教性和准{】10睢。最后刘奉课题进行总结，指出今后的研究方向。关键词：自主式水下机器人；同时定位与构图：扩展信息滤波：秣疏化：声呐数据预处理ResearchofAutonomousNavigationBasedolllnfor

12、mationFilterforAUVAbstractAutononlousUnderwaterVebicle(AUV)isanimportanttoolforhumantodc、eloptheoceanandhasbroadprospectsMeanwbileitlacesmallytechnicalchallengesandila,。igationisone2ofthemManyofthecal-feBtna、igationapvoachesrequireGPSbaselineOlolberequipmenuwhilesomeapproachesneedpziorimapⅥhichserio

13、usl3+limiutheapplicationofAUVinunknonnlarge-scaleundematercI、、h'olln'lenlSimultaneousLocalizationandMapping(StAM)canhelpAUVnavigateautonomously．andisahotbuttonintheresearchfieldofAUV．Acquiringen、iroml