基于多源信息融合的ROV导航系统设计

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1、类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于多源信息融合的ROV导航系统设计硕士研究生：张皓渊指导教师：高延滨教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：魏延辉副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于多源信息融合的ROV导航系统设计硕士研究生：张皓渊指导教师：高延滨教授学位级别：工学硕士学科、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年3月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertat

2、ionfortheDegreeofM.EngDesignofROVNavigationSystemBasedonMulti-sourceInformationFusionCandidate:ZhangHaoyuanSupervisor:Prof.GaoYanbinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlTheoryandEngineeringDateofSubmission:Mar.2018DateofOralExamination:Ma

3、r.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护

4、知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(

5、签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日基于多源信息融合的ROV导航系统设计摘要随着人类对资源需求的日益增加，丰富的海洋资源被越来越多国家所重视。作为海洋勘探与开发的重要工具，遥控式水下机器人(RemotelyOperatedVehicle，ROV)可代替人类进行水下作业，在海底勘测、水下检修以及海洋科考等领域有着无法取代的地位。由于海洋环境复杂多样，所以ROV需要装配满足需求并且可靠性高的导航系统来为操作人员提供参考信息。随着信息融合技术的发展与成熟，采用多传感器融合的导航系统开发与研究是目前ROV导航技术发展的主要

6、趋势。本文首先根据实际需要，搭建ROV导航系统平台，并结合实际需求对硬件系统进行改进与优化，完成了关键传感器的选型，同时详细设计导航系统的电源电路、通讯和数据接口等相关电路，完成导航系统硬件平台的搭建。其次，建立了ROV导航系统基本模型，介绍了各坐标系之间转换关系以及捷联式惯性导航系统原理，并对系统姿态更新方程进行推导。同时分析了电子罗盘、多普勒计程仪和深度计的工作原理与误差机理，并建立对应误差模型。再次对微机械惯性测量单元进行标定。首先对其误差源进行分析，并建立误差补偿模型，然后对陀螺仪、加速度计进行标定实验，得到了

7、相关参数。针对磁力计需要进行现场标定的实际情况，本文使用了一种基于三维旋转的磁力计现场标定方案，并进行标定实验，验证方案的有效性。然后，对ROV多传感器信息融合方案进行研究。采用滤波算法对不同传感器的测量数据和惯性导航系统输出数据进行融合，从而得到更可靠的数据信息。本文采用扩展卡尔曼滤波器进行数据的融合。并对所设计方案进行理论推导与数字化仿真分析，验证所设计系统的性能。针对实际需要，基于STM32的嵌入式软件予以算法的实现。最后，对系统进行实验测试，分别进行了陆上、水池、湖泊以及海洋实验，实验结果表明所设计的系统满足需

8、求。关键词：作业型水下机器人；组合导航；信息融合；误差补偿哈尔滨工程大学硕士学位论文基于多源信息融合的ROV导航系统设计ABSTRACTWiththeincreasingdemandforresources,moreandmorecountrieshavepaidattentiontoabundantmarineresources