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水下回收AUV的短基线导引与定位数据融合技术研究

马士国  
【摘要】: 自主式潜航器(AUV)是海洋资源开发的重要工具,其水下回收导引定位技术是制约AUV发展的关键技术之一。基于AUV的水下回收过程,本文重点研究了短基线导引定位系统、卡尔曼滤波方法以及基于联邦卡尔曼滤波器的导引定位数据融合技术,提高了导引定位精度,解决了AUV水下回收过程中的导引定位问题。主要研究内容和成果如下: 首先,本文分析了AUV的水下回收过程,并提出了AUV的水下回收方案;建立了AUV水下回收短基线导引定位系统和视觉导引定位系统,并详细阐述了短基线导引定位系统的组成及主要工作原理,简单介绍了视觉导引定位系统原理及系统组成。 其次,针对AUV水下回收方案及设计的水下导引定位系统,给出了导引定位系统的控制结构;建立了水下导引定位坐标系统,主要包括AUV坐标系统和短基线坐标系统;建立了导引定位系统的模型,主要包括AUV运动模型、传感器模型、系统噪声模型和环境噪声模型。 再次,研究了AUV水下回收导引定位数据融合算法,有针对性地研究了融合算法中的卡尔曼滤波算法及其改进算法,并对卡尔曼滤波算法的发散与抑制问题进行了研究;在对融合算法研究的基础上,本文设计了AUV水下回收短基线导引定位系统的联邦卡尔曼滤波器数据融合结构。 最后,根据本文对AUV水下回收系统、水下导引定位系统以及数据融合技术的研究,设计出了短基线导引定位数据融合结构,并对融合算法进行了仿真验证和水池试验验证。结果表明:本文提出的基于联邦卡尔曼滤波器的短基线导引定位数据融合算法能够提高导引定位信息的精度,可用于AUV的水下回收。


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