水下機(jī)器人地磁輔助導(dǎo)航算法研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial navigation system，INS)能夠在全天候條件下，自主、隱蔽地進(jìn)行連續(xù)三維空間定位和三維空間定向，為載體提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的導(dǎo)航參數(shù)，在短時(shí)間內(nèi)具有較高的導(dǎo)航精度。但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航誤差會(huì)隨時(shí)間累積發(fā)散，在長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航過程中精度會(huì)降低，需要通過有效的輔助導(dǎo)航手段進(jìn)行修正。地磁場(chǎng)是地球自身的固有場(chǎng)，而且是一個(gè)矢量場(chǎng)，地球空間上的任意一點(diǎn)都會(huì)有一個(gè)與其唯一對(duì)應(yīng)的地磁矢量值。因此將地磁場(chǎng)作為輔助慣性

2、導(dǎo)航系統(tǒng)的研究對(duì)象，具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　現(xiàn)階段，水下地磁輔助導(dǎo)航存在一些重要的技術(shù)難點(diǎn)如：水下機(jī)器人(Remote Operated Vehicle，ROV)磁干擾場(chǎng)的補(bǔ)償、區(qū)域的地磁場(chǎng)模型、導(dǎo)航區(qū)域的地磁圖適配性評(píng)價(jià)以及地磁匹配算法等。本論文針對(duì)上述問題展開研究，研究工作主要集中在以下幾個(gè)方面：
　　ROV載體磁干擾的補(bǔ)償算法研究。根據(jù)載體產(chǎn)生的磁干擾場(chǎng)的特點(diǎn)以及在航行中的主要姿態(tài)特征，提出一種基于載體旋轉(zhuǎn)測(cè)

3、量的磁干擾補(bǔ)償算法。傳統(tǒng)的磁補(bǔ)償方法主要是構(gòu)建磁干擾場(chǎng)模型，求解模型參數(shù)。然而傳統(tǒng)方法計(jì)算復(fù)雜，同時(shí)需要學(xué)習(xí)航行，在學(xué)習(xí)航行中會(huì)存在載體姿態(tài)的耦合現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致參數(shù)求解容易陷入奇異，使得參數(shù)求解變得非常困難，補(bǔ)償精度不容易控制。本文采用載體旋轉(zhuǎn)代替載體的學(xué)習(xí)航行，簡(jiǎn)化模型的學(xué)習(xí)過程。在ROV載體旋轉(zhuǎn)過程中得到磁干擾場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系，建立對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償模型。在航行過程中，利用該補(bǔ)償模型對(duì)載體產(chǎn)生的磁干擾場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高補(bǔ)償效率。
　

4、　區(qū)域地磁圖構(gòu)建及地磁圖適配性評(píng)價(jià)算法研究。高精度地磁圖是進(jìn)行地磁輔助導(dǎo)航的前提條件。針對(duì)區(qū)域地磁圖構(gòu)建問題，在分析和總結(jié)現(xiàn)有區(qū)域地磁場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上，采用泰勒多項(xiàng)式地磁場(chǎng)模型構(gòu)建了高精度區(qū)域地磁圖，給出了模型的最優(yōu)截止階數(shù)和減小邊緣效應(yīng)的措施。地磁信息豐富的區(qū)域有利于INS導(dǎo)航誤差的修正。針對(duì)區(qū)域地磁圖適配性評(píng)價(jià)問題，本文基于多屬性決策思想采用主成分分析法提取多個(gè)主要的地磁特征值，對(duì)區(qū)域適配性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。該算法解決了采用單一特征值評(píng)價(jià)

5、不全面的缺陷，且具有求解過程簡(jiǎn)單、易于應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明：采用主成分分析法獲得的地磁圖適配性評(píng)價(jià)值與該區(qū)域的匹配概率有較好的一致性。
　　地磁匹配算法研究?；贖ausdorff距離的MAGCOM算法在無旋轉(zhuǎn)偏差時(shí)精度高，且抗干擾能力強(qiáng)。采用角度限差的ICCP算法對(duì)旋轉(zhuǎn)偏差的處理十分有效，但計(jì)算費(fèi)時(shí)。本文對(duì)兩種算法進(jìn)行組合優(yōu)化，采用誤差橢圓減少組合算法區(qū)域搜索的耗時(shí)，采用移位寄存器提高算法的實(shí)時(shí)性。此外，本文還研究了候選區(qū)域