AUV長基線定位算法研究.pdf

1、近年水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)(UANs)掀起研究熱潮，作為其核心技術(shù)之一，自主潛航器(AUV)定位問題亟需節(jié)能高精度的解決方案，基于海底應(yīng)答器的長基線(LBL)定位系統(tǒng)滿足UASNs中智能高效，獨(dú)立高精度的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是較為合理的選擇。
　　本文通過對(duì)經(jīng)典AUV定位技術(shù)的利弊分析，結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，剖析出LBL系統(tǒng)面臨著時(shí)間同步困難、雙向測(cè)距(TRT)技術(shù)測(cè)距不精、和水下聲速時(shí)變的問題。為解決這些問題，本文針對(duì)淺海海域，在基于海底應(yīng)答器的L

2、BL機(jī)制下，提出了無需時(shí)間同步的，基于精確聲傳播時(shí)延估計(jì)的AUV自定位算法(SL-STTS)。SL-STTS算法通過分析聲信號(hào)到達(dá)角度和AUV的航向角及縱搖角來計(jì)算聲信號(hào)由AUV傳向海底應(yīng)答器的單向傳播時(shí)延。提出使用數(shù)學(xué)期望來逼近水下聲速，并在理論上證明了其合理性。利用LMA算法來優(yōu)化測(cè)距從而計(jì)算出AUV的位置信息。仿真證明，本算法定位誤差符合克拉美羅界(CRB)，且在時(shí)延測(cè)量噪聲與角度測(cè)量噪聲的影響下，其定位精度較對(duì)比算法提高了約8％

3、～79％。平均測(cè)距誤差也比RTR算法減小了42％。
　　為節(jié)約成本，減少對(duì)應(yīng)答器的使用，進(jìn)一步提出了序列相似度匹配的濾波定位算法(SCLSS)。SCLSS算法利用格柵式測(cè)量將三維定位區(qū)域進(jìn)行格形劃分，形成虛擬位置點(diǎn)來輔助定位。由聲信號(hào)濾波法過濾出任務(wù)應(yīng)答器及可代表AUV位置區(qū)域的任務(wù)位置點(diǎn)。為進(jìn)一步提高定位精度，對(duì)任務(wù)位置點(diǎn)進(jìn)行合理衍生形成衍生點(diǎn)。通過與AUV的距離序列進(jìn)行Pearson相似度匹配，二次過濾出衍生點(diǎn)，利用質(zhì)心加權(quán)法