主從式多無人艇協(xié)同定位誤差分析與補(bǔ)償方法.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，海洋的資源開發(fā)已成為各國關(guān)注的重點，而具有智能化及無人化的水面無人艇更成為當(dāng)前艦船領(lǐng)域的研究熱點。不同于傳統(tǒng)的大型昂貴的水面艦艇，水面無人艇具有體積小、成本低、能夠自主或遠(yuǎn)程操控的特點，使其能夠在未知或危險水域中執(zhí)行任務(wù)。水面無人艇實質(zhì)是一個海上作業(yè)平臺，隨著海洋作業(yè)任務(wù)復(fù)雜度的增加，僅依靠單一作業(yè)平臺是很難達(dá)到任務(wù)要求的，因此人們考慮利用多個平臺協(xié)同作業(yè)來執(zhí)行海洋任務(wù)。定位能力作為協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)，更是成為熱門的研究

2、方向，本文將針對多無人艇協(xié)同定位系統(tǒng)展開深入研究。
　　本文以水面無人艇的應(yīng)用為背景，首先簡單介紹了水面無人艇的發(fā)展概況以及各國對于協(xié)同定位方法的研究成果，并對協(xié)同定位系統(tǒng)中存在的時間延遲、姿態(tài)誤差以及數(shù)據(jù)丟失問題進(jìn)行了方法的調(diào)研。隨后針對多水面無人艇協(xié)同定位系統(tǒng)中裝備的傳感器進(jìn)行了特性介紹，并結(jié)合所配備的傳感器，闡述了水面無人艇協(xié)同定位原理以及協(xié)同定位的實現(xiàn)過程。根據(jù)水面無人艇航位推算的模型，建立了單領(lǐng)航艇和多領(lǐng)航艇兩種情況下的

3、系統(tǒng)模型，進(jìn)一步給出了基于 EKF的協(xié)同導(dǎo)航定位算法，并且分別對兩種協(xié)同定位方法進(jìn)行了仿真分析。
　　根據(jù)所建立的無人艇模型，理論分析了協(xié)同定位系統(tǒng)中的誤差因素（如時鐘未校準(zhǔn)、時間延遲等）。針對數(shù)據(jù)傳輸以及艇間相對運(yùn)動而造成的時間延遲問題，介紹了一種基于新息重建的狀態(tài)估計補(bǔ)償方法，通過對延遲情況下的新息進(jìn)行重建，再將其補(bǔ)償回狀態(tài)估計值中以實現(xiàn)誤差修正的目的；而后對低精度微機(jī)械陀螺儀的姿態(tài)角誤差角較大的問題，通過四元數(shù)傳播方程設(shè)計了

4、利用小角度近似的基于 EKF的姿態(tài)估計方法以及通過模型線性化轉(zhuǎn)換的基于 QKF的姿態(tài)估計方法；最后針對協(xié)同定位系統(tǒng)中由于通信質(zhì)量導(dǎo)致的量測數(shù)據(jù)丟失問題，通過利用服從伯努利分布的隨機(jī)參數(shù)對標(biāo)準(zhǔn) EKF方法進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計了基于 EKF的量測數(shù)據(jù)丟失補(bǔ)償方法，然后同樣利用這一服從伯努利分布的參數(shù)，通過變量以及噪聲的擴(kuò)充處理，對量測丟失下的協(xié)同定位模型進(jìn)行重建得到新的狀態(tài)空間模型，針對該擴(kuò)充后的模型介紹了基于最小方差補(bǔ)償方法，并在此基礎(chǔ)上研究