發(fā)布時間：2020-05-13 03:10

【摘要】：隨著海洋任務(wù)危險性提高和復(fù)雜性增強,單個無人水面艇已經(jīng)難以完成這些任務(wù)。因此,很多學(xué)者開始研究多個無人水面艇協(xié)同執(zhí)行任務(wù)的協(xié)同定位方式。協(xié)同工作期間多個無人水面艇之間需要通信交換信息,以減小各自的定位誤差,提高協(xié)同定位系統(tǒng)的精度。由于本文中協(xié)同系統(tǒng)的應(yīng)用背景是具有強干擾的作戰(zhàn)環(huán)境,因此,無人水面艇之間的通信方式選取了抗干擾性良好的水聲通信。然而,聲信號在水中傳送時需要一定的時間,且作戰(zhàn)環(huán)境中有很多不確定性,不能看成是立即到達,這就導(dǎo)致進行數(shù)據(jù)融合時會有一些信息是存在時間延遲的,因此,通過設(shè)計有效的數(shù)據(jù)融合算法減小通信時延對系統(tǒng)性能的影響很有必要。首先,考慮多無人水面艇協(xié)同系統(tǒng)的特征,分析傳感器的特性和誤差來源,選取合適的傳感器和通信方式建立系統(tǒng)的運動方程和量測方程。接下來,分析不同協(xié)同定位方式的可觀測性,接著基于擴展卡爾曼濾波分析不同協(xié)同方式的協(xié)方差上界,對比分析其性能并確定本文兩主一從的協(xié)同定位方式,再通過仿真進行驗證系統(tǒng)性能。文中首先采用延遲擴展卡爾曼濾波算法解決通信延遲對系統(tǒng)精度的影響,它的基本原理是是將時間延遲引入狀態(tài)方程和量測方程中,對系統(tǒng)方程進行重構(gòu),再進行狀態(tài)逆推。這個方法在通信信息丟失的情況下將失效,且計算量大,需要的存儲空間大。針對此問題,本文提出了一種絕對位置航跡推算算法,該算法是通過建模實現(xiàn)對絕對位置信息的航跡推算,與從無人水面艇自身傳感器測量的數(shù)據(jù)相融合,使得通信延遲和丟包存在的情況下,也能夠?qū)崟r更新系統(tǒng)信息。最后,模擬不同的協(xié)同定位方式,搭建車載協(xié)同定位系統(tǒng),分析不同協(xié)同方式情況下,系統(tǒng)性能的差別。接著模擬通信受限的環(huán)境進行車載協(xié)同試驗,驗證兩種數(shù)據(jù)融合算法的有效性并加以分析。試驗結(jié)果證明協(xié)同定位系統(tǒng)中有絕對位置信息時,定位誤差可收斂到一個較小值,同時驗證了兩種數(shù)據(jù)融合算法的有效性,能夠減小通信受限對系統(tǒng)定位精度的影響,提高了協(xié)同定位系統(tǒng)的性能。
【圖文】：

[4-5]。圖1-1 以色列“保護者”USV 圖1-2 美國“Roboski”圖 1-1 和圖 1-2 分別為以色列的“保護者”USV 和美國的“Roboski”，是目前研制出的功能較強大的 USV。USV 曾在二戰(zhàn)期間被作為火炮和靶船。多USV 協(xié)同作業(yè)能夠提高 USV 能力，可以在較復(fù)雜的環(huán)境系下執(zhí)行任務(wù)，因此受到許多的關(guān)注。多 USV 協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確的定位，這依賴于 USV 間的信息交流和對數(shù)據(jù)的融合，進而提高協(xié)同作業(yè)的效率�？紤]到戰(zhàn)爭的復(fù)雜多變性和多武器的綜合協(xié)同作戰(zhàn)需要，多 USV 協(xié)同定位系統(tǒng)能夠增強無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)實力，因此研究多個 USV 的協(xié)同定位系統(tǒng)的性能和相關(guān)算法很有意義。

[4-5]。圖1-1 以色列“保護者”USV 圖1-2 美國“Roboski”圖 1-1 和圖 1-2 分別為以色列的“保護者”USV 和美國的“Roboski”，是目前研制出的功能較強大的 USV。USV 曾在二戰(zhàn)期間被作為火炮和靶船。多USV 協(xié)同作業(yè)能夠提高 USV 能力，可以在較復(fù)雜的環(huán)境系下執(zhí)行任務(wù)，，因此受到許多的關(guān)注。多 USV 協(xié)同作業(yè)的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確的定位，這依賴于 USV 間的信息交流和對數(shù)據(jù)的融合，進而提高協(xié)同作業(yè)的效率�？紤]到戰(zhàn)爭的復(fù)雜多變性和多武器的綜合協(xié)同作戰(zhàn)需要，多 USV 協(xié)同定位系統(tǒng)能夠增強無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)實力，因此研究多個 USV 的協(xié)同定位系統(tǒng)的性能和相關(guān)算法很有意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.77

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳華;張新宇;姜長鋒;徐國瑞;;水面無人艇路徑規(guī)劃研究綜述[J];世界海運;2015年11期

2 朱敏;武巖波;;水聲通信及組網(wǎng)的現(xiàn)狀和展望[J];海洋技術(shù)學(xué)報;2015年03期

3 柳晨光;初秀民;吳青;王桂沖;;USV發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];中國造船;2014年04期

4 徐博;肖永平;高偉;劉亞龍;楊建;;主從式無人水面艇協(xié)同定位濾波方法與實驗驗證[J];兵工學(xué)報;2014年11期

5 徐博;邱立民;楊建;;多AUV協(xié)同導(dǎo)航時間延遲誤差機理分析與補償算法[J];控制與決策;2015年01期

6 奔粵陽;郭妍;李敬春;李倩;霍亮;;基于聯(lián)合分布狀態(tài)信息濾波的機器人協(xié)同定位[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2015年02期

7 馬天宇;楊松林;王濤濤;辛磊;陳q

本文編號：2661280