【摘 要】
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无人船凭借工作自主性高、现代化、智能化等优势,被广泛应用于各个领域,可以执行长时间、低成本的任务,如港口巡逻、领海监视、海洋环境监测等。应紧急作业要求,无人船可能从被投放起就处于运动状态,为保证后续导航作业工作的顺利展开,需要在无人船运动过程中完成较高精度的对准。为实现这一目标,对以下几个方面进行了研究:1、建立无人船运动学模型。将海况对无人船的作用简化为海浪对无人船的作用,叠加余弦波模拟海浪运动
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无人船凭借工作自主性高、现代化、智能化等优势,被广泛应用于各个领域,可以执行长时间、低成本的任务,如港口巡逻、领海监视、海洋环境监测等。应紧急作业要求,无人船可能从被投放起就处于运动状态,为保证后续导航作业工作的顺利展开,需要在无人船运动过程中完成较高精度的对准。为实现这一目标,对以下几个方面进行了研究:1、建立无人船运动学模型。将海况对无人船的作用简化为海浪对无人船的作用,叠加余弦波模拟海浪运动,通过研究海浪谱确定不同等级海况主要能量分布频段;将无人船的六自由度运动简化为非耦合四自由度运动,基于无人船的运动是对海浪输入的响应思想,同时依据航迹控制系统性能标准（IEC）62065建立无人船四自由度运动模型;2、对无人船行进间粗对准技术进行了研究。对传统粗对准算法在无人船不同状态下的对准适用性进行了研究;针对传统算法最后时刻给出对准结果的问题,提出存储积分速度、变化游标选取矢量构造姿态变换矩阵的改进算法;针对改进算法因矢量选取不当,导致解算姿态矩阵为病态矩阵的问题,提出应用Wahba思想、基于SVD的改进算法,提高了对准精度、速度及稳定性;3、对无人船行进间精对准技术进行了研究。在粗对准工作的基础上,对KF、UKF的失准角适用性和UKF在无人船不同运动状态下的对准性能进行了研究;针对UKF要求先验噪声准确已知、满足高斯分布,当遭遇复杂干扰时对准精度下降的问题,确定采用基于协方差匹配的AUKF算法,通过对新息序列进行存储,利用滑动窗口对应的新息对量测噪声方差阵实时估计,提高了对准精度及鲁棒性;针对AUKF收敛较慢问题,通过应用投影算法（PS）降低异常新息在估计量测噪声方差阵时所占的比重,对AUKF进行改进,改进算法与原算法相比对准精度相当、收敛速度加快。在利用转台测得静态数据对惯性传感器随机误差进行补偿的前提下,应用无人船湖试实验采集数据,对不同运动背景和噪声条件下对准方案的有效性进行了验证。
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