一种基于移动矢径的单信标测距定位算法

针对水下航行器利用移动单信标进行同步式测距定位时受初始位置误差和声速误差影响的问题,给出一种基于移动矢径的单信标同步式测距定位算法。参考移动矢径的概念建立了移动单信标测距定位模型,利用扩展卡尔曼滤波算法实现了定位滤波算法的设计。仿真和试验结果表明:本文算法可以有效减小初始位置误差带来的定位误差,并对未知声速误差进行实时估计,显著提高了水下航行器的定位精度。     

基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法研究

针对无人水下航行器作业环境的特殊性以及任务需求,为提高光视觉的定位精度,提出了一种基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法。该方法根据摄像机成像的特点,利用测距声纳与摄像机的几何关系设计水下目标定位算法。本文针对规则的水下目标进行定位算法设计,然后通过对水池试验采集的图像中的目标进行定位验证以及误差分析,证明了该定位系统具有较高的定位精度,满足水下作业的需求。     

多无人水下航行器协同导航与定位研究

提出一种基于移动长基线的多无人水下航行器协同导航与定位方法.多无人水下航行器协同导航与定位方法对于解决大水深和远航程问题至关重要,在移动长基线算法中,主UUV装备高精度导航设备作为移动长基线节点,而从UUv装备低精度导航设备,两者之间通过水声装置米相互定位,利用传统几何关系解算从UUV,位置的算法将产生很大误差.基于扩展卡尔曼滤波的移动长基线算法能有效融合内部和外部传感器信息,提高导航精度.仿真试验对此进行了验证.     

嵌入式无人水下航行器的信号跟踪系统设计

传统水下航行器水下信号分布不规则,容易造成传统信号跟踪系统对航行器信号接收的强度较差。为此设计了嵌入式无人水下航行器的信号跟踪系统。通过建立航行器信号处理模块,对无线接收的水下信号,进行数字高频化处理和高强度串口输出;通过对载波信号频域值域的精密计算,实现载波伪随机码和载波的粗同步。利用Costas锁相环和锁频环建立载波相位频率跟踪模块,接收经过算法处理的高精度定位信号,实现信号捕获并进入跟踪状态。实验证明,设计的信号跟踪系统接收到的航行器跟踪定位信号强度比传统跟踪系统信号强度更高。     

基于水声传播时延补偿的惯导误差修正方法

针对潜器惯导定位误差修正问题,提出惯导/多信标水声测距组合导航实现方法,并主要针对由于潜器运动与水声传播时间延迟导致的误差进行分析,提出一种基于水声传播时延补偿的水下惯导定位误差修正方法,该方法利用扩展卡尔曼滤波,通过对惯导系统位置误差状态的前推,重构量测方程,实现量测方程与系统量测量时间的一致性,补偿时间延迟产生的误差。仿真结果表明,该方法可有效提高惯导/多信标水声测距组合导航系统对惯导定位误差修正的精度。     

基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法

水下航行器动力分析属于非线性问题,传统UT变换分析检测算法对于非线性问题的求解精度较低,因此设计一种基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法。首先建立坐标系,对水下航行器的工作过程进行受力分析,并对水下航行器的运动和受力参数进行描述;随后引入高斯滤波函数,经过状态初始化、时间更新、量测更新的步骤,完成水下航行器动力分析检测算法设计。为了验证设计的算法具有较高的求解精度,设计水下航行器的冲击实验,根据冲击后的最大变形和最大等效应力对算法的计算精度进行判断。实验结果表明,设计的算法最大变形和最大等效应力的值均优于传统算法,验证了设计的基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法具有更高的计算精度。     

移动式水下观测网络试验节点研制

研制了一种低成本的试验节点作为移动式水下观测网络(MUSN)的有效技术验证平台。以一种现有的可在水面航行的小型运载器为基础,引入深度控制系统,得到了一种可以在浅水域完成可控运动的移动试验节点。针对MUSN节点间距较小的特点,提出了可抵偿偏差的移动定位算法,利用水声MODEM的测距信息实现节点在水下移动时较精确的定位。露天水域试验验证了该节点路径跟踪的性能,精度满足应用需要。该节点具备自主航行和节点间通信能力,可以用于MUSN协调控制技术的验证研究。     

水下航行器水下障碍规避性能分析与仿真

水下航行器的障碍躲避是提高水下航行器生存能力的关键技术,针对信息融合跟踪算法避障容易误差偏差和局部收敛的问题,提出一种基于Kalman滤波量化融合规避的水下航行器水下避障算法。构建水下航行器的运动系统方程,采用方位信息的量化融合方法进行自适应路径规划,结合Kalman滤波进行障碍信息的干扰抑制,采用强跟踪滤波实现障碍参量信息量化融合规避,实现水下航行器水下障碍躲避。仿真结果表明,采用该方法进行水下航行器避障,能有效规避障碍目标,提高对障碍物的方位估计精度,有效规避的准确概率达到最优。     

一种水下航行器的SLAM算法应用研究

研究精确稀疏扩展信息滤波(ESEIF)的快速算法,提出一种三维水下航行器(AUV)的同时定位和地图创建(SLAM)算法。作者设计了一种大规模水下三维环境的SLAM解决方案,建立了三维环境的航行器运动、传感器观测及重定位系统模型,分析了方法实时性和定位精度。仿真实验证明:用ESIEF算法能高效地实现水下环境的SLAM,为项目研究提供了理论基础。     

水下航行器极区内对准以及格网导航技术

为克服水下航行器在极区航行时地理经线收敛导致的航向角定义失效、定位计算失效等问题,设计了格网惯性导航算法编排方案,以直接获得格网航向,并采用ECEF位置坐标代替传统经纬度进行水下航行器定位。对格网惯性导航的误差进行建模,并据此设计了格网惯导系统的"速度匹配"传递对准算法,以满足水下航行器在极区的对准需求。仿真结果表明,在格网惯性导航下,采用高精度惯性器件,15 min内水平姿态角误差小于0.5′,方位姿态角误差小于0.2′,水平速度误差小于0.5 m/s,ECEF坐标系下的位置误差全程小于200 m;应用"速度匹配"传递对准算法,水平失准角在10 s内即可收敛到1.5′以内,同时,加速对方位失准角有激励作用,30 s内方位对准精度在4′以内。     

水下航行器执行机构故障诊断方法研究

针对水下航行器执行机构故障论断问题,建立了航行器推进器及舵等执行机构的偏差型故障模型和航行器水平面运动模型;设计了一种采用时变渐消因子实现的强跟踪滤波器算法,在线估计航行器状态及执行机构故障偏差,通过对残差进行分析,实现了对水下航行器执行机构的故障诊断。仿真试验验证了强跟踪滤波器在航行器执行机构故障诊断中的有效性。     

水下航行器多普勒导航系统误差辨识与修正

水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)在水下往往采用航位推算定位方式.由于存在传感器误差,航位推算的定位误差是随着时间发散的,而直接准确检测这类误差非常困难.对多普勒导航系统进行导航误差分析,简化航位推算算法,在此基础上推导出一种新的辨识AUV导航误差参数的方法.仿真结果表明,该算法能够准确辨识AUV导航误差参数向量,可以有效提高AUV自主导航精度,且方法合理、简单.     

基于未知声速的水下三维单信标定位模型

现有水下单信标定位通常考虑航行器在二维运动状态下建立动力学模型,但实际上航行器在三维状态下运动.针对其三维运动的特点,将水深作为新的状态变量,基于原有5个状态变量,提出一种新型水下单信标定位模型,并建立相应的过程噪声模型.使用仿真数据,对比新型水下单信标定位模型与传统模型,利用卡尔曼滤波输出评估2种模型的定位精度.仿真...     

基于EKF的AUV协同定位方法仿真与验证

自主水下航行器（AUV）协同导航定位技术是解决复杂作业环境下导航问题的重要途径,研究了单领航艇的主从式多AUV基于扩展卡尔曼滤波（EKF）算法的协同到导航定位问题。AUV协同定位时,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,外部配有测距装置,舰艇间是通过通信装置来交换自身位置和状态信息并同时测量通信双方的相对距离,通过信息融合对自身定位进行修正,利用EKF算法对系统中传感器所传递信息进行融合,对从AUV进行实时定位。通过仿真验证此算法可以显著提高导航定位精度。     

复杂海域水下无人航行器航位推算算法优化

针对当前水下无人航行器航位推算算法存在误差大、工作效率低等不足,设计一种性能优异的复杂海域水下无人航行器航位推算算法。首先分析当前无人航行器航位推算算法的研究现状,找到引起各种无人航行器航位推算算法不足的因素,然后收集无人航行器航位推算数据,结合复杂海域水下无人航行器航位的随机变化特点,引入遗传算法优化支持向量机设计无人航行器航位推算模型,最后与其他无人航行器航位推算算法进行对比实验。结果表明,本文算法可以适应复杂海域水下无人航行器航位的变化特点,提高无人航行器航位推算精度,无人航行器航位推算速度快,获得比对比算法整体性能更优的无人航行器航位推算结果,具有十分明显的优越性。     

海洋缆索对水下航行器的动态响应

海洋水下拖曳系统在海洋资源开发的过程中发挥着越来越重要的作用。海洋拖缆与水下拖体之间的作用相互影响、相互耦合。尤其是当水下航行器质量较小时,这种影响不可忽略。拖曳缆索的形态变化将直接影响水下航行器的运行轨迹。通过对缆索动态偏微分方程在时间上和空间上离散化处理,将无法确定缆索单元长度的问题转化为缆索单元可确定问题,并采用有限差分法进行了求解,得到了航行器直航状态下缆索的几何形态图和回转状态时缆索的几何形态图。通过将结果与实验值进行对比分析,发现在误差允许范围内(10%),这说明建立的缆索动态模型对航行器运动状态进行预测是可行的。     

基于主从同步的欠驱动AUV与移动平台水下对接控制

许多应用场合要求水下自主航行器(AUV)与水下移动平台对接来实现能源补充和信息交换功能。针对欠驱动AUV与移动平台的水下对接问题,采用主从式同步跟踪策略,提出AUV接收目标的状态信息并控制自身位置与目标保持一致的控制方法,从而将AUV水下对接的问题转化为AUV与移动目标保持同步运动的问题。在给出移动目标和AUV的水平面线性化动力学模型基础上,设计了在常值海流影响下,欠驱动AUV同步跟踪由卡尔曼算法估计的目标运动轨迹的滑模控制器。使用Lyapunov稳定性理论证明了离散滑模控制器的稳定性,并使用仿真实验验证该控制方案的有效性。     

基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真*

研究并建立高空滑翔水下航行器的虚拟现实的视景仿真系统,分析水下航行器全弹道控制并在视景仿真平台下实现水下航行器全弹道多状态攻击轨迹模型。高空滑翔水下航行器姿态变化快,背景参数复杂,视景仿真中会出现局部模型快速变化或者模型分离的难题。提出采用DOF和Switch节点相结合的方法,利用其Matlab Simulink仿真模型,计算高空滑翔水下航行器的六自由度数据,通过Matlab的“To Workspace”模块将六自由度数据输出并存档。在VC＋＋6．0环境下编写Vega应用程序,读取运动参数,应用LOD技术在不降低显示速度的同时提高仿真视觉效果。仿真实验和测试效果表明,系统实能实现水下航行器在空中滑翔、低空突防、滑翔翼脱离以及水下攻击等多状态的水下航行器运动弹道轨迹和视景仿真效果,以及运动控制参数的同步跟踪,不再会因局部模型快速变化和模型分离而失真。为分析空投滑翔水下航行器的运动轨迹提供了数据支撑和视景平台支持,对展开高空滑翔水下航行器的弹道控制研究和试验具有重要价值。     

水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输方法

为在提升水下通信网络信号覆盖强度的基础上,抵御电磁波的干扰作用,实现航行器间通信信号的稳定传输,提出水下航行器通信网络信号的抗电磁干扰传输方法。利用位置误差系数计算结果,建立标准的误差角微分方程,根据通信网络信号的协同定位原理,总结极大似然估计条件,得到准确的干扰系数校正值结果,完成水下航行器通信网络信号抗电磁干扰传输。实验结果表明,应用所提方法后,航行器间通信信号的稳定传输不断增强,能够实现对水下航行通信环境的有效保障。     

水下运动目标同步定位方法研究

利用水声技术对水下目标尤其是水下运动目标进行定位,主要有主动和被动两种方式,论文主要针对主动方式中的加装合作信标方法,建立数学模型,对定位原理进行研究,重点介绍了同步定位方法的两种解算方式。