远程AUV组合导航技术研究

AUV通常采用SINS/DVL组合导航系统导航,然而在大航程时存在很大的定位误差.针对远程AUV的大航程及在水下状态自主航行存在的问题,提出定时引入GPS信息达到提高导航精度目的.文中重点介绍一种采用SINS/DVL/GPS水下组合导航方式,通过定时引入GPS信息,提出组合滤波器设计方案,仿真结果验证了此设计方案可有效提高系统导航定位精度.     

一种利用单信标修正AUV定位误差的方法

针对配置有捷联惯导（SINS）／多普勒速度仪（DVL）／深度传感器组合导航定位系统的自主水下航行器（AUV）的定位误差随时间增大,以及采用GPS修正定位误差引起的AUV隐蔽性降低等问题,提出了一种利用水下固定单信标修正SINS／DVL／深度传感器组合定位误差的方法。该方法首先利用水声测距原理测量出AUV与水下固定单信标的距离,然后基于空间几何关系计算出AUV的实时位置,最后通过卡尔曼滤波连续修正AUV的定位误差。仿真结果表明,该方法可以有效减小AUV的定位误差,有较好的工程应用价值。     

AUV组合导航系统中H∞滤波技术

为了提高自主水下航行器(AUV)组合导航系统精度,选择了捷联式惯性导航系统(SINS)、多普勒速度声纳(DVS)以及地形匹配导航系统(TAN)作为AUV组合导航系统导航传感器,建立了AUV组合导航系统的状态模型和导航传感器观测模型,运用了一种基于径向基函数(RBF)神经网络进行H∞滤波信息分配的信息融合方法,并进行了计算机软件仿真.仿真结果表明,在有色噪声情况下,AUV组合导航系统的导航姿态、速度和位置精度得到了提高,有效地克服了传统滤波容易发散的缺点,提高了AUV组合导航系统的容错性能和导航精度.     

航速惯导组合导航系统在AUV上的应用

捷联惯导多普勒（SINS/DVL）组合导航技术是自主水下航行体（AUV）导航系统中经常采用的算法。针对由于复杂海洋环境导致的DVL失效,使整个导航精度急剧下降的情况,该文将螺旋桨转速变换成AUV航速,利用航速惯导组合系统信息融合方法,提出了一种通过航速惯导组合导航的卡尔曼滤波算法,可以减小导航误差。仿真结果表明,该算法提高了系统稳定性,在短时间内可以满足AUV导航系统的定位需求。     

洋流影响下基于单领航者的多AUV协同导航

自主水下航行器（AUV）的协同导航是海洋工程研究中的重要问题,洋流估计是其中的主要难点之一。该文基于＂未知定常＂的洋流特性假设,结合单通信和导航辅助AUV（CNA）领航的协同定位原理,建立了洋流干扰下多AUV协同导航的定位转移损失函数。利用损失函数极小化方法给出了协同导航的定位最优估计准则,借助该准则得到了洋流误差估计和协同导航算法,实现了对AUV较为实时精确的定位。仿真结果表明,该算法能够较好地解决定常洋流作用下的多AUV协同导航问题,且定位精度较高,实时性好。研究成果有望为多AUV系统总体设计、导航路径规划及跟踪等方面提供理论基础和研究手段。     

水下航行器组合导航仿真系统设计与实现

建立了自主水下航行器SINS／DVL组合导航的实时仿真系统，给出了以PC104计算机为核心的AUV导航仿真系统设计方案，包括导航系统的基本硬件（CPU模块和扩展模块）和软件组成（惯性传感器模块、DVL和深度计、采样模块以及导航解算模块），介绍了AUV模型解算系统、组合导航解算系统、模块间通信等的设计原理。通过建立AUV数学模型的方法模拟出AUV运动参数来设计实际导航系统，避免了半实物仿真的时间、经费等耗费。仿真试验表明，模型和导航算法正确，所设计的导航仿真系统能够模拟传感器输出，并完成各种数据的采集、运算及组合导航工作方式和工作状态的转换，计算精度满足要求，方案可行。该系统可用于AUV系统的试验及性能分析，为AUV的导航定位提供保证。     

车载激光陀螺SINS/DR组合导航系统研究

推导了捷联惯导系统（SINS）误差方程和航位推算（DR）误差方程。建立了SINS／DR组合导航离散卡尔曼滤波（KF）状态方程和量测方程。最后对SINS／DR组合导航算法进行了仿真，仿真结果表明；组合系统中部分误差源能够被估计出来并且得到补偿，因而组合导航效果优于单独的SINS或DR导航效果。     

一种基于单移动GPS智能浮标的AUV导航方法

针对传统全球定位系统（GPS）辅助自主式水下航行器（AUV）导航的局限性,给出了一种基于单移动GPS智能浮标（GIS）的自主水下航行器（AUV）导航方法。利用超短基线（USBL）原理设计了AUV导航天线,通过该导航天线测量GIS与天线上水听器间的角度和距离,并由两者的向量关系和GIS的坐标位置导出了系统的量测方程。应用标准卡尔曼滤波（KF）解算水听器的坐标,进而求得AUV的位置坐标。仿真结果表明,该导航方法能较好地克服GPS在水下导航中的局限性,具有机动性好、隐蔽性强等优点,研究成果有望为AUV远程精确定位、路径规划和多AUV协同导航等方面提供理论基础。     

基于SUKF算法的组合导航方法

合成孔径声纳（SAS）运动补偿是其信号处理的重要环节,运动补偿需要水下导航数据,文中研究了基于捷联惯导（SINS）和多普勒声速剖面仪（ADCP）等设备的水下导航方法。针对大姿态误差角情况下的导航,论文建立了基于四元数的SINS／ADCP的非线性误差模型,并采用比例无迹卡尔曼滤波（SUKF）滤波算法进行了仿真。仿真结果表明,在SAS复杂运动情况下,采用非线性误差模型的SUKF方法优于传统线性误差模型的卡尔曼滤波方法,在一定程度上提高了SAS的导航精度。     

一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究

针对自主水下航行器(AUV)导航系统对稳定性、精确性和实时性的需求,提出了一种基于改进无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的捷联惯性导航系统/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航新方法.通过分析中低精度组合导航系统的特点和误差模型,在系统的噪声模型为复杂加性噪声时,利用球面分布单形采样变换设计了一种简化UKF组合导航算法....     

水下航行器INS/GPS/DVL组合导航方法

针对自主水下航行器（AUV）受水下环境的局限难以提高导航性能的问题,提出了一种融合多传感器信息的INS/GPS/DVL组合导航方案,利用分散化滤波中的联邦Kalman滤波来实现AUV组合导航方案,通过动态信息分配系数优化了各子系统的导航信息,增强了AUV的导航性能。仿真结果表明,该方案充分提取了导航传感器的信息,有效地提高了AUV的导航精度和水下定位能力。     

一种基于双圆域的AUV自主导航定位精度计数考核方法

导航定位精度是自主水下航行器（AUV）一项重要的技术指标。基于概率圆计数考核方法,取概率圆半径较小时,当AUV的导航精度远低于指标时不利于快速做出判定;而取较大时,当AUV导航系统存在较大的系统偏差仍有可能判定为合格。针对上述不足,该文根据AUV的基本轨迹及其航行轨迹测量的特点,提出了一种基于双圆域的AUV导航定位精度计数考核方法,通过研制方和用户方风险共担的原则合理调整2个圆域的半径,不仅可以在AUV实际导航定位精度远低于指标要求情况下进行快速判定,而且有助于降低导航系统的系统误差对考核的影响。仿真验证表明,该方法科学、合理,具有工程应用价值。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

AUV前视声纳模拟及避障研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega,在虚拟环境下模拟自主水下航行器的避障过程,在HP工作站上开发了自主水下航行器避障视景仿真系统,提出了一种前视声纳的仿真方法,利用Vega提供的碰撞矢量函数和自定义的Volume碰撞方式,模拟前视声纳的功能,并利用声纳所测得障碍物的数据实现了虚拟环境下自主水下航行器的避障。仿真结果表明,该视景仿真能够使仿真系统更加逼真和接近于实际情况,并且满足系统仿真的实时性要求。     

SLAM算法在AUV中的应用进展

同步定位与地图创建（SLAM）是水下航行器在全球范围内实现自主导航的一个基础且重要问题。首先介绍了SLAM算法在水下航行器应用的国内外最新进展,指出了SLAM算法所面临的问题,阐述了研究的环境描述、环境特征提取和不确定信息的描述等难点问题,并对SLAM算法的主要实现方式进行了归纳。最后结合水下航行器的特殊应用环境,探讨了未来SLAM算法的研究趋势和发展方向。     

一种水下航行器轨迹发生器的设计与仿真

为了减少水下航行器（AUV）导航系统算法开发过程中跑车试验及半实物仿真等所耗费的资金和时间,提出一种水下航行器轨迹发生器的设计方法。利用所给出的轨迹微分方程,反推得出生成轨迹参数公式和惯性信息公式,同时给出水下航行器在直航、转弯和爬潜等常见的运动状态下轨迹发生器的具体输入,并将生成的惯性量测值（加速度和陀螺值）输入捷联式惯性导航算法。验证结果表明,利用所设计的轨迹发生器可以为研究导航算法提供模拟的数据,具有工程实际意义。     

虚拟环境下自主水下航行器的避障研究

为了在虚拟环境下模拟自主水下航行器的水平面避障过程,基于软件平台MultiGen Creator和Vega,在HP工作站上开发了自主水下航行器避障视景仿真系统。提出了一种前视声纳的仿真方法,利用Vega提供的碰撞矢量函数和自定义的Volume碰撞方式,模拟前视声纳的功能,并根据声纳所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计一个模糊推理系统来求解其避障角度,实现了虚拟环境下自主水下航行器的水平面避障。仿真结果表明,该视景仿真能够使仿真系统更加逼真和接近于实际情况,并且满足系统仿真的实时性要求。