模型輔助導(dǎo)航下海流與UUV航速估計(jì)方法研究.pdf

1、當(dāng)無人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）依賴多普勒計(jì)程儀(Doppler Velocity Log, DVL)進(jìn)行航位推算導(dǎo)航時(shí)，實(shí)時(shí)獲取海流信息與速度信息是UUV水下長航程隱蔽航行導(dǎo)航定位的重要保障。速度信息包含的誤差將導(dǎo)致航位推算導(dǎo)航產(chǎn)生誤差，特別地，海底地形的劇烈變化或DVL發(fā)生故障將導(dǎo)致UUV無法獲得速度信息，此時(shí)就需要其他輔助手段來估計(jì)自身速度進(jìn)行航位推算。精確的動(dòng)力學(xué)模型能夠提供有效

2、的UUV對(duì)流速度信息，該速度信息結(jié)合海流速度即可得到UUV對(duì)底速度信息。因此，海流信息的估計(jì)對(duì)UUV僅能獲得對(duì)流速度的導(dǎo)航定位有重要作用。為此，本文開展了基于UUV動(dòng)力學(xué)模型的流速與航速估計(jì)方法研究。
　　本文主要對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究：
　　首先，采用非線性小波變換閾值法對(duì)傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，為后續(xù)工作的順利進(jìn)行提供條件。通過分析 DVL測速時(shí)存在的誤差，采用適用于剛體旋轉(zhuǎn)的自適應(yīng)辨識(shí)方法對(duì)DVL的安裝偏差角進(jìn)行校

3、正，并設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法的可行性。采用改進(jìn)的Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對(duì)UUV真實(shí)航速進(jìn)行估計(jì)，提高DVL的測速精度。
　　其次，考慮傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合時(shí)的時(shí)間配準(zhǔn)問題，采用改進(jìn)的插值法將各傳感器測量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到同一采樣頻率上，提高數(shù)據(jù)融合的的實(shí)時(shí)性和精確性。針對(duì)DVL有效時(shí)的海流速度估計(jì)問題，采用微擾法得到UUV速度誤差狀態(tài)方程，基于此方程設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)模型輔助 DVL的卡爾曼濾波估計(jì)方法，并利用海試試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)

4、，驗(yàn)證方法的可行性。
　　再次，針對(duì)DVL無效時(shí)的航速估計(jì)問題，通過分析海流速度、動(dòng)力學(xué)模型輸出速度及 UUV對(duì)底速度之間的矢量關(guān)系，并考慮到 UUV航速可能發(fā)生改變，設(shè)計(jì)基于動(dòng)力學(xué)模型的指數(shù)加權(quán)遞推最小二乘估計(jì)方法，并利用海試試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)所設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方法的可行性。
　　最后，利用海試試驗(yàn)獲得的兩種典型任務(wù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過本文所設(shè)計(jì)的基于動(dòng)力學(xué)模型的估計(jì)方法對(duì)流速與航速進(jìn)行估計(jì)，并運(yùn)用于 DVL失效時(shí)的導(dǎo)