自主水下航行器组合导航算法研究与系统实现

作     者：张博 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐文

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：自主水下航行器 组合导航 卡尔曼滤波器 粒子滤波器 RB粒子滤波器 无味卡尔曼滤波器 数字信号处理器 

摘      要：水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV）是近年来海洋工程领域研究的热点之一,在水下环境监测、近海石油工程作业、水下搜索与测绘以及实时战区警戒等民用与军事领域获得越来越广泛的应用。它可装备各种传感器设备,有效地收集水下信息。 水下导航技术是AUV实现自主航行的关键。考虑到长时、隐蔽作业、高可靠性、复杂环境下作业等因素,实现AUV导航具有很大的挑战性。传统的基于单种导航传感器的航位推算导航系统,其误差会随着时间延长而较快增长,因此在实际运用中常采用基于多种传感器的组合导航方法。其中,拓展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter,简称EKF）是较典型的组合导航算法,但它的缺陷表现在对非线性航行状态导航性能较差。为克服这一缺陷,论文采用无味卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,简称UKF）、粒子滤波器（Particle Filter,简称PF）和Rao-Blackwellised粒子滤波器（Rao-Blackwellised Particle Filer,简称RBPF）来替代EKF。论文在AUV状态方程模型的基础上,建立了上述方法在AUV导航应用中的实现框架和步骤;通过分析数值仿真和实际试验数据处理结果,总结出各种导航算法的优缺点。 本文中还介绍了浙大“海豚一号AUV的结构和导航系统,以及基于EKF的水下航行器导航系统的DSP实现过程。通过TI C6713型DSP处理后的导航结果达到了预期的效果,并且精度要求和实时性要求都得到满足。