模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法研究

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1、：：密级分类号ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文模型辅助和流估计下的ＵＵＶ自主导航定位方法研究硕士研究生：宋金雪指导教师：严浙平教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：张勋副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法研究硕士研究生：宋金雪指导教师：严浙平教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：张勋副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方

2、法研究硕士研究生：宋金雪指导教师：严浙平教授学位级别：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01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngModel-aidedandSeaCurrentEstimationforUUVAutonomousNavigationResearchCandidate:SongJinxueSupervisor:Prof.YanZhepingAc

3、ademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:January，2018DateofOralExamination:March，2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要水下无人航行器（UnmannedUnderwaterVehicle，UUV）作为一种自主能力强、可控制性好、续航时间长的海洋装备，在海洋开发和勘探方面发挥着越来越重要的作用。

4、高精度的导航定位系统是UUV安全作业及返航的重要保障。航位推算算法是一种UUV常用的自主导航定位方法，主要依赖于多普勒测速仪（DVL）和姿态传感器测得的航速信息以及姿态信息进行推算得到位置信息。若在UUV水下作业时，DVL发生故障或测量数据失效将会产生极大的导航定位误差，导致UUV偏航甚至丢失。为此，文本对模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位算法进行了研究，用于提高UUV导航定位系统的鲁棒性和稳定性。具体看研究内容如下：首先，建立大地坐标系和UUV运动坐标系，构建坐标系之间的转换矩阵。在此基础上，建立UUV运动学以及动力学模型，

5、并考虑到流干扰对UUV的影响，研究了流干扰下的UUV数学模型。通过操控性仿真实验验证了所建的UUV数学模型的正确性。其次，对UUV作业区域的流估计技术进行了研究。当UUV处于初始航行状态下时，根据UUV距海底的距离是否超过DVL的测距，将流估计技术分为浅海和深海两个方面进行研究。浅海环境下，分别基于UUV动力学模型和最小二乘法研究了浅海海流估计算法；深海环境下，提出了一种基于超短基线（USBL）和扩展卡尔曼算法（EKF）深海洋流估计算法，通过实验仿真验证了算法的合理性和可行性。再次，基于航位推算算法，研究了UUV自主导航定位方法。

6、分析航位推算算法的误差原因，利用UUV实际航行数据辨识DVL安装误差角和速度校正系数，对误差进行了校正。并采用改进53H算法以及EKF算法对UUV自主导航定位系统数据处理。最后，结合UUV数学模型、流估计技术以及航位推算算法，提出了模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法。通过对比有流干扰的UUV航行轨迹与无流干扰的UUV航行轨迹，分析流干扰对UUV导航定位的影响。并在此基础上，针对浅海和深海两种情况，对模型辅助和流估计下的UUV自主导航定位方法的有效性以及正确性进行仿真验证。关键词：水下无人航行器（UUV）；动力学模型；流估计

7、技术；航位推算AbstractUnmannedUnderwaterVehicle（UUV）isakindofmarineequipmentwithstrongautonomous,goodcontrollabilityandlongendurance.Itplaysanimportantroleinmarinedevelopmentandexploration.HighprecisionnavigationandpositioningsystemisanimportantguaranteeforUUVtoworkandreturn

8、safely.Thedeadreckoningalgorithmiswidelyusedinautonomousnavigation,anditcalculatespositionmainlybyspeedandattitudeinformatio