由于GPS和無線電信號在水下嚴(yán)重衰減,因此以慣性導(dǎo)航為核心,加以其他輔助導(dǎo)航設(shè)備的組合導(dǎo)航系統(tǒng)正適用于自主水下航行器的使用環(huán)境�；仡櫫私曜灾魉潞叫衅鹘M合導(dǎo)航的最新進(jìn)展,為將自主水下航行器應(yīng)用于軍用和民用等領(lǐng)域的研究學(xué)者提供了參考。首先,總結(jié)了國內(nèi)外近十年來自主水下航行器組合導(dǎo)航方法,如INS/APS組合導(dǎo)航、INS/GPS組合導(dǎo)航、INS/DVL組合導(dǎo)航、INS/地球物理組合導(dǎo)航和INS/SLAM組合導(dǎo)航;介紹了各種自主水下航行器組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)問題的解決方案;總結(jié)對比了其優(yōu)缺點和發(fā)展趨勢;最后給出了未來自主水下無人航行器組合導(dǎo)航面臨的挑戰(zhàn)。 

【文章來源】：導(dǎo)航定位與授時. 2020,7(05)

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)框圖

圖2 聲學(xué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)示意圖USBL因體積小、安裝方便、成本低等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于輔助INS導(dǎo)航。張濤等[5]基于SINS/USBL組合導(dǎo)航系統(tǒng)成功檢測出USBL系統(tǒng)定位故障并及時進(jìn)行隔離,姿態(tài)誤差和速度誤差在故障發(fā)生和消失時刻由于系統(tǒng)重構(gòu)出現(xiàn)輕微跳動,其他時刻均保持較高精度,當(dāng)故障消失時位置誤差又恢復(fù)到正常量級(5～10m)。Xu等[6]為了解決AUV在深海域航行時,USBL輔助INS出現(xiàn)的信號丟失、定位和噪聲突變問題,提出了一種自適應(yīng)增益擴展Kalman濾波器(Condition-Adaptive Gain Extended Kalman Filter,CAEKF),南海實測證明了該算法優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航算法和其他經(jīng)典濾波方法。USBL的角度失準(zhǔn)誤差是INS/USBL定位系統(tǒng)的主要誤差源之一,Tong等[7]研究了操作簡單、易于實現(xiàn)的基于傳統(tǒng)單應(yīng)答器的雙矢量重構(gòu)方法,在航行過程中對水下應(yīng)答器進(jìn)行USBL解算的同時,記錄USBL載體在參考坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值,并通過3個點構(gòu)建2個共點的矢量,再對構(gòu)建矢量進(jìn)行相關(guān)性判斷,達(dá)到對USBL收發(fā)基陣安裝誤差估計精度的控制,進(jìn)而提高了組合導(dǎo)航精度。

由于海水對無線電信號的衰減作用,GPS接收機無法在水下使用,所以用于AUV的GPS輔助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)僅適用于淺水應(yīng)用,并且AUV需要定期浮出水面以接收來自GPS的定位信號。Yun等[14]將INS/GPS(圖4)引入到小型AUV導(dǎo)航中,開發(fā)了異步Kalman濾波器以改善位置估計精度。測試結(jié)果表明,結(jié)合間歇接收差分全球定位系統(tǒng)(Differential Global Position System,DGPS)信號使用低成本IMU進(jìn)行導(dǎo)航是可行的。Hu等[15]使用改進(jìn)的UKF,以更低的計算成本實現(xiàn)了更高的INS/GPS集成導(dǎo)航精度。在文獻(xiàn)[16]中,基于Kalman濾波與徑向基函數(shù)(Radial Basis Function,RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),結(jié)合小波分析用于SINS/GPS組合導(dǎo)航的數(shù)據(jù)融合,顯著提高了AUV的定位精度。文獻(xiàn)[17-18]提出了集成多個INS傳感器和GPS的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng),通過模糊邏輯的自適應(yīng)Kalman濾波器(Adaptive Kalman Filter,AKF)進(jìn)行多傳感器數(shù)據(jù)融合,實際海試表明,INS/GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的性能得到了增強[17-18]。Liu等[19]提出了一種帶衰減因子的基于AKF的自適應(yīng)INS/GPS組合導(dǎo)航方法來抑制噪聲。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[6]基于慣導(dǎo)及水下聲學(xué)輔助系統(tǒng)的AUV容錯導(dǎo)航技術(shù)[J]. 張濤,徐曉蘇,李瑤,宮淑萍.  中國慣性技術(shù)學(xué)報. 2013(04)
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碩士論文
[1]基于水下航行器的SINS/DVL組合導(dǎo)航技術(shù)研究[D]. 謝連妮.哈爾濱工程大學(xué) 2014



本文編號：3534093