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《哈尔滨工程大学》 2003年
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水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究

刘承香  
【摘要】: 本课题对水下潜器的地形匹配辅助定位技术进行了深入地研究,论文主要成果和工作有: 通过对现有地形匹配技术的研究,结合水下潜器的工作实际,提出了基于ICP(Iterative Closest Point)算法的地形匹配定位系统总体框架。这是一种将图像处理技术应用到地形轮廓匹配的全新思路。 首先研究了数字地图的获取方法。通常数字地图都是通过海底测量的海底水深数据库来形成,针对水深数据库存在保密性等特点,本文提出了一种从电子海图提取水深数据,然后采用Kriging方法进行插值形成数字地图的方法,该方法是进行地形匹配仿真研究的前提,而且它也是海底水深数据库的一个补充。本文还分析了图像处理中常用的匹配单元对于基于ICP算法的地形匹配技术的适用性,指出了采用等值线作为基本匹配单元的优点,并给出了两种从数字地图抽取等值线的方法。 然后,全面展开了基于ICP算法的地形匹配算法研究。通过对ICP算法的基本理论的研究,给出了ICP算法的关键技术;总结了国内外文献中许多学者根据实际应用的不同得到的ICP算法的派生形式。本文对ICP算法在水下潜器的地形匹配应用中的初值和全局最优、求最近点和进行二维变换等问题提出了改进的方法,而且提出了采用IGG方案进行M估计以提高算法的鲁棒性,仿真结果证实此方案的合理性和有效性。针对地形匹配算法的快速性,本文除了采用随机旋转和平移来确定初始变换以外,还提出了基于滑动数据窗的方法。该方法大大减少了寻找最近点的时间,提高了算法的计算速度,增强了算法的实时性。 参考导航系统的精度是影响地形辅助导航系统匹配精度的主要因素之一,尤其参考导航系统的可靠性是影响算法鲁棒性的重要因素,所以本文展开了高精度的容错参考导航系统研究。针对水下潜器的小型化、导航定位精度要求很高的特点本文提出了基于平行滤波器族的组合容错结构,该结构不仅具有传统集中卡尔曼滤波的最优性,又具有联邦滤波的模块化特性,且各滤波器的设计和运行完全独立,大大增强了组合导航系统的容错性。本文还提出了野值存在情况下的容错策略,剔除了野值对滤波精度的影响,减少了 哈尔滨工程大学博士学位论文 面面面面困i面面面面面丽面面困函西面面面面面面面面百面面百面面画百画西面面面面亩亩亩亩面面面百亩面面面面亩亩亩 野值造成的组合模式的频繁切换,增强了系统故障检测的灵敏度。 最后研究了地形辅助导航系统的匹配可靠性以及对系统匹配误差进行了 分析。根据ICP算法的原理,从几何直观的角度研究了地形辅助导航系统匹 配的可靠性,推导了旋转和平移的可靠性公式。针对地形辅助导航系统的工 作原理,指出影响系统匹配误差(包括位置误差和方位误差)的主要误差源 为:数字地图高程噪声、参考导航系统误差和实时测深传感器误差等等,并 就各个误差源对地形辅助导航系统匹配误差的影响给出了定性分析和定量推 导,给出了大量的仿真实例来验证各误差源对匹配误差的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN966

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 阳凡林;康志忠;独知行;赵建虎;吴自银;;海洋导航定位技术及其应用与展望[J];海洋测绘;2006年01期
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10 单瑞;赵铁虎;梅赛;高小惠;;深海拖曳系统定位技术及其应用与展望[J];海洋地质前沿;2012年07期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李姗姗;水下重力辅助惯性导航的理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
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3 钱华明;故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
4 周卫东;组合导航系统应用软件可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
5 王文晶;基于重力和环境特征的水下导航定位方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 杜航原;自主式水下航行器同步定位与地图构建算法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐锋;水下地磁辅助导航研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 马妍;基于多波束测量数据的海底地形可导航性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 高晓海;基于粒子滤波的地形辅助导航算法研究[D];电子科技大学;2011年
4 王向磊;地磁匹配导航算法及其相关技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
5 吕云霄;地磁匹配导航算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 刘伟;地磁匹配导航新算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 李颖;基于等值线的重力/惯性匹配导航算法的研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 张红伟;基于ICCP算法的水下潜器地形辅助定位改进方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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10 余锦波;潜式坐标控制模型辨识模拟实验研究[D];广东工业大学;2006年
【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄河;段世慧;张生贵;;基于CAA的静强度虚拟试验可视化方法研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
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6 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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9 梁勇;李瑞涛;张友安;陈立奎;;一种新的组合导航系统自适应信息融合方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 王圣洁;康凤举;韩翃;;AUV组合导航半实物仿真系统关键技术研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏全喜;车载组合导航系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 刘凤鸣;重力梯度辅助导航定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武炜;煤矿井下火灾事故人员逃生可视化技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 王飞;基于MAPGIS的开采沉陷预计分析系统[D];河南理工大学;2010年
3 田继辉;用于三维影像快速浏览的多尺度DEM数据组织研究[D];河南理工大学;2010年
4 梁鹏帅;基于OpenGL的三维可视地理信息系统初步设计[D];河南理工大学;2010年
5 宫明广;基于ARM平台分布式测控终端设计[D];南昌航空大学;2010年
6 白廷义;基于激光扫描数据的隧道曲面重建技术研究[D];山东科技大学;2010年
7 解斐斐;UAV城市高质量DOM制作方法研究[D];山东科技大学;2010年
8 赵奇;医学超声图像三维重建算法研究[D];山东科技大学;2010年
9 张竑;数字媒体时代的三维动画变革研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
10 喻英粽;基于标记约束的三维曲面拼接方法研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪凤林;蔡体菁;王东霞;;惯性/重力匹配组合导航系统可观测性研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2008年06期
2 李强,王其申;消除噪声的自适应滤波方法研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2004年01期
3 李豫泽;石志勇;杨云涛;;地磁辅助惯性导航匹配算法研究[J];兵工自动化;2008年06期
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5 郭剑辉;赵春霞;石杏喜;康亮;;尺度Unscented变换在同时定位与地图创建算法中的应用研究[J];兵工学报;2008年07期
6 杨云涛;石志勇;吕建刚;关贞珍;;适于地磁导航的高精度区域地磁场建模研究[J];兵工学报;2009年03期
7 刘明雍;胡俊伟;李闻白;;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[J];兵工学报;2011年02期
8 徐玉;任沁源;孙文达;李平;;微小型无人直升机地磁导航算法研究[J];兵工学报;2011年03期
9 张汉国,张洪钺;INS/GPS组合导航系统的容错研究[J];北京航空航天大学学报;1991年02期
10 刘东艳,申功勋;嵌入式软件可靠性测试平台仿真器分系统研究[J];北京航空航天大学学报;1999年06期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 李姗姗;吴晓平;;水下重力无源导航系统组合模式的研究与设计[A];中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术年会论文集[C];2008年
2 王虎彪;王勇;许大欣;戴全发;;基于重力梯度的水下辅助导航仿真[A];中国地球物理学会第二十四届年会论文集[C];2008年
3 田蔚风;金志华;杨艳娟;王俊璞;卞鸿巍;;21世纪前期我国潜艇导航技术发展——静电陀螺导航仪方案和信息融合技术应用的探讨[A];2003年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2003年
4 武凤德;张宗询;;无源重力导航技术发展水平及趋势[A];2003年惯性技术科技工作者研讨会论文集[C];2003年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 彭富清;海洋重力辅助导航方法及应用[D];解放军信息工程大学;2009年
6 韩松来;GPS和捷联惯导组合导航新方法及系统误差补偿方案研究[D];国防科学技术大学;2010年
7 王耀革;DEM建模与不确定性分析[D];解放军信息工程大学;2009年
8 郑江滨;视频监视方法研究[D];西北工业大学;2002年
9 常青;巡航导弹制导系统关键技术研究[D];西北工业大学;2003年
10 钱华明;故障诊断与容错技术及其在组合导航系统中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李蓉;合成孔径声纳技术研究[D];西北工业大学;2001年
2 张明;地形匹配算法在TF/TA中的应用与仿真研究[D];西北工业大学;2004年
3 辛廷慧;水下地形辅助导航方法研究[D];西北工业大学;2004年
4 潘嘉强;深海采矿升沉补偿潜式坐标定深度控制研究[D];广东工业大学;2004年
5 郭艳萍;等高线的三维可视显示研究[D];太原理工大学;2004年
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10 田炜;基于VxWorks的综合导航显控台应用研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨云涛;石志勇;吕建刚;关贞珍;;A Magnetic Disturbance Compensation Method Based on Magnetic Dipole Magnetic Field Distributing Theory[J];Journal of China Ordnance;2009年03期
2 李豫泽;石志勇;杨云涛;;地磁辅助惯性导航匹配算法研究[J];兵工自动化;2008年06期
3 杨云涛;石志勇;关贞珍;李豫泽;;一种基于磁偶极子磁场分布理论的磁场干扰补偿方法[J];兵工学报;2008年12期
4 张飞舟;陈嘉;耿嘉洲;程鹏;;基于水下重力差异熵的导航匹配算法仿真研究[J];北京大学学报(自然科学版);2010年01期
5 荣军;邱恺;陈天如;吴训忠;;基于量测一致性的联邦滤波故障检测方法研究[J];传感技术学报;2006年06期
6 陈昊;李琼;赵绍东;;一种新的快速地磁匹配算法[J];传感器与微系统;2011年12期
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8 王向磊;孙付平;陈坡;;地磁匹配导航算法研究[J];测绘工程;2009年03期
9 王向磊;;地磁匹配导航中几项关键技术研究[J];测绘工程;2011年01期
10 王向磊;丁硕;苏牡丹;;地磁匹配导航算法研究[J];测绘工程;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 陈艳华;孙翠羽;张化疑;;基于Kriging方法建立连续深度基准面模型[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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3 冯浩楠;杨照华;房建成;;地磁辅助导航系统发展及应用研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅲ)[C];2008年
4 孙渊;王仕成;乔玉坤;张金生;蒲源;孙大为;王小兵;;SITAN算法在地磁辅助惯性导航中的应用研究[A];国家安全地球物理丛书(五)——地球物理与海洋安全[C];2009年
5 陈励华;张金生;王仕成;乔玉坤;;基于ICP/ICCP算法的地磁场匹配定位[A];国家安全地球物理丛书(六)——空间地球物理环境与国家安全[C];2010年
6 王伟;李姗姗;;重力异常卡尔曼滤波匹配算法的改进[A];第四届中国卫星导航学术年会论文集-S9 组合导航与导航新方法[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 田峰敏;水下地形导航模型求解与导航区初选策略研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 李姗姗;水下重力辅助惯性导航的理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
4 彭富清;海洋重力辅助导航方法及应用[D];解放军信息工程大学;2009年
5 王琼;基于优化理论的神经网络研究及在抽油机故障诊断中的应用[D];东北石油大学;2011年
6 刘睿;飞行器惯性/地磁/天文组合导航系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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9 刘晓刚;GOCE卫星测量恢复地球重力场模型的理论与方法[D];解放军信息工程大学;2011年
10 王剑;基于GNSS的列车定位方法研究[D];北京交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐锋;水下地磁辅助导航研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 朱明;基于信息熵的导航传感器故障诊断技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 马妍;基于多波束测量数据的海底地形可导航性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王海栋;多波束系统测深异常处理理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
5 张勇;不同数值内插方法建立我国速度场模型[D];中国测绘科学研究院;2011年
6 胡晓;水下导航系统的地磁匹配算法研究[D];山东农业大学;2011年
7 裴蕾;消防炮中心控制器双机热备系统的研究[D];西华大学;2011年
8 彭书丽;外弹道动态地磁场环境模拟技术研究[D];中北大学;2011年
9 陈树娟;自主式水下机器人同时定位与地图构建算法的研究[D];中国海洋大学;2011年
10 黄国晖;深海投放装置电子测控系统的研制[D];杭州电子科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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1 龙建军;吴百海;吴金萍;;基于功能原理的水下潜器模型参数辨识方法与实验估计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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4 刘繁明;屈昊;;ICP算法的鲁棒性改进[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
5 张小超;王精业;朱敏洁;李潞飞;;虚拟场景漫游系统的体系结构分析[A];第五届全国仿真器学术会论文集[C];2004年
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8 周俊;武志强;刘占坡;黄伟杰;;坦克实体建模相对地形的匹配技术研究[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
9 王文恽;唐进国;侯学隆;李治庆;;虚拟战场环境中水陆坦克视景仿真研究[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
10 周滨;刘亚滨;;基于Vtree的某型反坦克导弹训练模拟器三维图形生成方法的研究[A];系统仿真技术及其应用(第7卷)——'2005系统仿真技术及其应用学术交流会论文选编[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 庞之浩;GPS卫星幕后杀手[N];中国航天报;2003年
2 天 兵;来自太空的“杀手锏”[N];大众科技报;2003年
3 田龙生;战术导弹:俄罗斯“投标者”较劲美国“爱国者”[N];中国国防报;2005年
4 丁竑李峰;外军训练中的电磁环境构建[N];解放军报;2007年
5 田笛;面向精确打击兵器的测绘[N];中国测绘报;2002年
6 王树连;精确打击武器的“眼睛”[N];中国测绘报;2003年
7 ;世界信息技术发展预见[N];文汇报;2002年
8 楚军;俄“格洛纳斯”组网提速[N];中国国防报;2008年
9 信息产业部电子科技情报研究所研究部 崔德勋;精确制导弹药作战效能提升[N];中国电子报;2003年
10 中国计量科学研究院 卢敬叁;时间计量与精确制导[N];中国国门时报(中国出入境检验疫报);2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘承香;水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 高攀;机载三维数字地图技术及应用研究[D];南京航空航天大学;2001年
3 祖伟;基于粒子群优化算法的水下潜器实时路径规划技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
4 蒋杰;全球大规模虚拟地理环境构建关键技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 李立春;基于无人机序列成像的地形重建及其在导航中的应用研究[D];国防科学技术大学;2009年
6 张爱军;水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究[D];南京理工大学;2009年
7 冯庆堂;地形匹配新方法及其环境适应性研究[D];国防科学技术大学;2004年
8 于秋则;合成孔径雷达(SAR)图像匹配导航技术研究[D];华中科技大学;2004年
9 吴翔;基于立体显示的嵌入式身份识别系统研究与设计[D];华东师范大学;2009年
10 沐光雨;基于时间飞行深度传感器对三维物体的建模应用研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李敏;基于高程熵的地形匹配算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 陈晓泽;基于图像的地形匹配关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
3 曾广玺;四螺旋桨推进式水下潜器悬停控制器设计与实验研究[D];广东工业大学;2011年
4 杨绘弘;基于ICCP的水下潜器地形辅助导航方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 马牧;基于蜂群算法的遗传算法研究及其在地形匹配中的应用[D];西安电子科技大学;2010年
6 徐春春;地形匹配技术在TF/TA~2系统中的应用[D];南京航空航天大学;2002年
7 谭佳琳;基于粒子群优化的地形匹配导航算法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 田峰敏;基于先验地形数据处理的水下潜器地形辅助导航方法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 张红伟;基于ICCP算法的水下潜器地形辅助定位改进方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 张庆义;基于OSG的三维不规则军标地形匹配应用研究[D];北京理工大学;2011年
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