自主水下潜器海底地形辅助导航技术研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：U666.1密级：公开UDC：627学号：129458自主水下潜器海底地形辅助导航技术研究研究生姓名：周玲导师姓名：程向红申请学位类别工学博士学位授予单位东南大学一级学科名称仪器科学与技术论文答辩日期2018年8月22日二级学科名称学位授予日期20年月日答辩委员会主席刘建业教授评阅人2018年8月29日博士学位论文自主水下潜器海底地形辅助导航技术研究博士生姓名周玲学科专业仪器科学与技术研究方向惯性导航与组合导航指导教师程向红本论文获国家自然科学基金资助(61374215)。ONSEABEDTERRAINAIDEDNAVIGATIONTECHNOL

2、OGYFORAUTONOMOUSUNDERWATERVEHICLESADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBYZhouLingSupervisedbyProf.ChengXiang-hongSchoolofInstrumentScience&EngineeringSoutheastUniversity,Nanjing,P.R.ChinaAugust2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的

3、研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文

4、外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要自主水下潜器(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)作为开发和探索海洋的重要工具，在科学考察、商业及军事方面均有广泛的应用。水下高精度自主导航是发展AUV必须突破的关键技术之一，也是目前导航技术领域研究的热点和难点问题。当全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS)在水下环境不可用时，为改善AUV自主导航性

5、能，海底地形辅助导航(SeabedTerrainAidedNavigation,STAN)是替代GNSS最具有发展潜力的技术之一。海底地形辅助导航的准确度和可行性受AUV传感器装备的影响，目前它在高精度、高配置AUV的技术比较成熟且应用广泛，而在低配置AUV的研究与应用相对较少，并且高精度导航问题也更为突出。因此，本文以低配置AUV海底地形辅助导航为主题，主要研究海底地形建模、地形匹配以及地形辅助导航滤波器等关键技术。论文的主要内容和创新如下：(1)针对海底地形建模问题，研究基于插值方法的海底地形建模。选定规则格网模型作为预存海底地形图模型，以数字地面模型(DigitalT

6、errainModel,DTM)中格网插值算法为研究对象，研究高斯过程(GaussianProcess,GP)插值算法的建模原理。利用GP处理空间相关性和估计预测值不确定性方面的良好特性，通过两种地形变化的海底地形水深分布数据图进行建模和验证，结果表明基于高斯过程的海底地形建模方法具有较好的地形逼近性能，在低分辨率海图下的优势更为明显。(2)为了解决AUV中多普勒计程仪辅助惯性导航系统(DopplerVelocityLogAidedStrapdownInertialNavigationSystem,DVL/SINS)累积的较大位置误差，研究海底地形匹配导航技术。本文提出基于

7、约束粒子群优化的地形匹配算法(ConstrainedParticleSwarmOptimization,CPSO)，将粒子群的初始位置通过水深等值域进行约束优化，充分利用DVL/SINS系统的导航信息和水深数据设计CPSO的适应度函数。仿真试验表明，与最近等值线迭代(IterativeClosetContourPoint,ICCP)算法相比，在地形变化明显区，ICCP的定位精度大于200m，CPSO算法的定位精度提高到100m以内，具有较高的匹配定位精度。此外，在不同的海图分辨率下，比较基于各种插值法的CPSO算法