【摘要】：近年來,隨著海洋的開發(fā)和使用,自主式水下潛器在深海資源勘測、水文環(huán)境監(jiān)測、深水排雷等民/軍用領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,在AUV進行水下作業(yè)時自身的位置信息必不可少,是其順利完成任務(wù)和返回的重要保障,當需要長時間遠距離的對未知環(huán)境進行勘探或者其他作業(yè)時,慣性導(dǎo)航因為自身特性定位誤差會隨著工作時間的增加而逐漸增長,而通過多普勒測速儀進行定位其精度會隨著航行路程的增加而逐漸下降,采用母船跟隨或是提前布設(shè)信標并進行標定的成本太高,而且很容易受到天氣或是水中環(huán)境的影響導(dǎo)致定位效果不理想等問題,具有較大的局限性。協(xié)同定位算法正是為了解決這些問題而出現(xiàn),其定義為通過各個AUV之間信息傳遞從而利用團隊中其他AUV對待定位AUV進行位置修正和定位的方法,協(xié)同定位由于其必要性和重要性逐漸成為水下AUV定位的主流研究方向與研究熱點。本文對現(xiàn)有的協(xié)同定位算法和實驗案例進行分析研究,現(xiàn)有方法存在以下問題:1、無法同時對多個AUV進行定位;2、定位過程中傳遞信息過多3、AUV數(shù)目增多時一些算法計算量過大。針對主從式AUV結(jié)構(gòu),為了解決上述存在的問題,本文使用一種基于間接平差和赫爾墨特方差估計的協(xié)同定位算法,使用任意兩AUV之間的距離信息和所有AUV自身的速度信息作為觀測量,并把AUV自身具有誤差的位置信息作為觀測量加入到平差方程,通過協(xié)同定位算法對觀測量進行修正,使得在一個協(xié)同定位周期內(nèi),團隊內(nèi)的所有AUV根據(jù)距離信息等傳感器輔助修正自身位置而且可以獲得所有其他AUV的位置信息從而進行調(diào)整自身航向和陣型,并使團隊內(nèi)AUV的位置精度達到同一量級。本文對協(xié)同定位的性能評估方式進行討論分析,給出了評價標準。對于協(xié)同定位算法逐一仿真分析了測距誤差、速度誤差以及不同陣型對定位精度的影響,經(jīng)過仿真可知,其中主AUV速度誤差對團隊定位精度影響最大,當其誤差為0.01m/s,航行50min后團隊AUV的平均相對位置誤差為150m,測距誤差和從AUV速度誤差對定位精度影響較小,當從AUV速度誤差為0.1m/s時,航行50min后團隊AUV的平均相對位置誤差約為3m,測距誤差為0.3m且精度為0.5m時,航行50min后團隊AUV的平均相對定位誤差約為4m。故實際作業(yè)中在考慮到降低AUV成本而定位精度下降較小的前提下,應(yīng)著力提高主AUV速度傳感器精度,從AUV速度傳感器和測距要求相對可以降低。最后對松花湖試驗數(shù)據(jù)進行處理,以水面載體模擬主AUV,以四只信標代替從AUV進行湖上實驗,驗證協(xié)同定位算法在實際中的可行性。實驗數(shù)據(jù)證明,在實際場景中,其中主AUV的位置信息用固定于水面載體上周期為2s的GPS信息代替,其精度在厘米級別,以信標標定的位置作為真值,計算可得四個從AUV的平均定位誤差分別為0.503m、0.543m、0.571m、0.486m,其中4只從AUV的定位誤差均在1m以下的周期數(shù)占周期總數(shù)的百分之九十以上。本文所使用的協(xié)同定位算法通過了仿真和實驗數(shù)據(jù)處理的驗證,能夠滿足在實際作業(yè)中同時對多個AUV協(xié)同定位、減少AUV間信息傳遞和計算量的要求,主AUV位置信息和速度精度足夠高時,在獲得準確等效聲速基礎(chǔ)上,可以對從AUV進行實時協(xié)同定位。
【圖文】：

圖 4. 4 聲速剖面儀驗證本文所提出的協(xié)同定位算法在實析。實驗中采用 4 只信標模擬從 AUVUV 自身有實時的 GPS 信息輸入，通自身位置信息和從 AUV 間距離信息，出來的坐標與標定坐標進行比對，兩并結(jié)合第三章仿真結(jié)果分析造成定位水底，其位置保持不變，為了獲取任意標發(fā)送詢問信號其余三只信標收到后工作模式通過水面甲板單元發(fā)送信號信號匯總，，即可獲得任意兩只信標之以等效為平面距離。由于每組數(shù)據(jù)含從 AUV 間測距信息的精度。

如圖 4.1 所示。GPS 天線和換能器安裝如圖等噪聲的影響，在換能器周圍包裹泡沫吸收傳播式工作，以 8s 為周期實時獲取主從 AUV 之間的驗中首先完成了四只參考節(jié)點的布放和定位，并的距離并上傳到上位機，結(jié)果如表 4.1 所示。面
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.941;U675.7

【參考文獻】

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本文編號：2676515