自主式水下航行器导航算法研究

《自主式水下航行器导航算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文自主式水下航行器导航算法研究硕士研究生：周吉雄指导教师：张晓宇教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：许德新副研究员哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文自主式水下航行器导航算法研究硕士研究生：周吉雄指导教师：张晓宇教授学位级别：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1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:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonNavig

2、ationAlgorithmofAutonomousUnderwaterVehicleCandidate:ZhouJixiongSupervisor:ZhangXiaoyu,ProfessorAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明

3、：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

4、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（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要高精度水下导航定位技术作为AUV水下作业的前提条件与安全运行的技术保障，决定了其能否安全作业以及返回，在众多的关键技术中显得尤为重要，经常被作为衡量AUV的成熟度以及实用化的重要指标。由于水下复杂的环境以及电磁波

5、信号在水中快速衰减的特性，使得如GPS、罗兰C等一众基于无线电导航的常规导航设备无法在水下正常运行。而捷联惯性导航系统的误差是随时间而积累的，系统的精度将会随着时间的增长而减弱，难以满足AUV长航程、高精度的导航定位需求。多普勒测速仪是一种全天候的导航测速装置，与AUV的运行环境十分的契合。融合捷联惯性导航系统与多普勒测速仪加上其他一些辅助导航系统形成的组合导航系统有利于提高导航的精度与可靠性，并且与AUV的水下导航定位十分契合。本文根据实际需求设计了基于UKF的联邦卡尔曼滤波的导航系统，它由作为主导航系统的捷联惯性导航系统与作为辅助导航系统的多普勒测速仪和磁航向仪组合而成。本文

6、首先介绍了各个子系统的工作原理，并对它们进行误差分析，建立起各个辅助导航系统的误差模型，并由此确定了组合导航系统的数学模型。考虑到标准卡尔曼滤波器无法处理非线性系统，而扩展卡尔曼滤波器对强非线性系统的滤波效果差，因此选用了无迹卡尔曼滤波器（UKF）来进行滤波处理，并对其进行仿真验证。由于组合导航系统存在多个子系统，对它们进行数据融合有助于提高系统的性能，因此选用具有较好的灵活性和容错性能的联邦卡尔曼滤波器来进行数据融合处理。首先对联邦滤波技术进行了介绍，首先介绍了它的结构与工作流程，又介绍了容错性技术在联邦滤波中的应用，将UKF与联邦滤波技术进行了结合，设计出了基于局部反馈校正的

7、UKF联邦卡尔曼滤波器，并对其进行了仿真实验验证，证明了局部反馈校正联邦卡尔曼技术在组合导航系统中可以有效地提高导航精度并提供较好的容错性能。关键词：捷联惯导；水下组合导航；无迹卡尔曼滤波；局部反馈校正联邦卡尔曼滤波ABSTRACTTechnicalpreconditionofhighprecisionunderwaternavigationandpositioningtechniqueforAUVunderwateroperationandsafeoperation,safeo