AUV引导对接中声学定位算法研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Seasonbaby
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近年来,自主式水下潜器在海底矿产资源的探测开发、水文信息观测采集、水下设备打捞等方面发挥着重要作用。随着水下潜器在实际工程中的逐步应用,其自身续航能力不足的问题也日益凸显。因此,目前普遍采用潜器与水下对接站对接的方式,实现潜器的能量补给与数据交互。为了保证潜器与平台间的成功对接,本文围绕对接过程中的引导定位方法和轨迹修正方法进行分析研究。针对现有对接模式无法同时满足实时性、短时长、含姿态三个需求的问题,本文提出了一种单基元接收对接模式,通过采用对接平台发送多路信号,潜器上单个基元接收的方式实时获取潜器与平台间相对位置,为导航控制系统提供可靠保障。基于此定位方法对多路传输信号间应具有正交性的要求,采用COSTAS跳频信号作为系统声学传输信号完成定位。并对此对接模式下的两种工作模式进行仿真分析,比较两种工作模式的优缺点以及不同环境下的定位性能,选定分时发送工作模式完成引导定位。针对对接平台对潜器运动轨迹容错率较小的问题,本文基于扩展卡尔曼滤波和交互式多模型算法,结合位置、速度、斜距的量测信息建立轨迹修正模型,可适应对接过程中可能出现的时延信息缺失情况和机动轨迹情况。针对对接过程中的典型弱机动轨迹“匀直-转弯-匀直”,算法设计采用基础运动学模型和机动变化模型相结合的方式构建模型集。同时,通过采用动态更新Markov转移矩阵的方式修正模型概率,优化算法滤波性能。该算法可在仅检测到一路时延信息时进行有效定位,且在150m的工作范围内,当子模型参数匹配时将轨迹定位精度由3.15m提高至1.06m;当子模型参数不匹配时将轨迹定位精度由3.15m提高至1.13m。最后在引导定位方法和轨迹修正方法基础上,进行水池和湖上试验数据处理。水池定点试验结果表明,分时发送工作模式下的定位偏差结果和定位精度结果均优于同时发送工作模式。湖上试验结果表明,轨迹修正方法可以在仅获取一轴时延的情况下估计目标位置,提高算法定位有效率。同时,此算法可以有效适应目标实际运动轨迹的多变性,并提高目标定位精度,在250m的工作范围内将水平定位精度修正至0.87m。
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