水下多AUV协同定位方法研究

摘要

近年来，随着自主水下潜器在海洋应用中的迅速发展，多潜器智能体系统的协作定位导航成为一个研究热点。当需要进行长时间、大航程进行勘察或者远程作业时，由于机动性的要求和海洋环境的时变特性导致传统定位方法无法应用，新兴的协同定位技术正是为解决各个水下潜器之间的定位而涌现出来的。协同定位通过各个AUV之间的观测信息，通过团队的协同定位，逐渐成为水下AUV集群的主要研究方向。
　　本文对现有的协同定位算法和实验案例进行分析和研究，现有方法存在无法同时对多个AUV定位、随AUV数目增加算法复杂度大等问题，提出一种基于间接平差和赫尔墨特方差估计的协同定位算法，使用任意两AUV之间的距离和AUV自身的速度信息作为观测量，并把AUV自身具有位置误差作为观测量加入到平差方程，使得在一个协同定位周期内，AUV团队内的所有AUV可以自身位置的修正值，并使其定位准确性达到团队内位置误差最小的AUV的标准。
　　对静态协同定位进行仿真，发现AUV数目增加其定位误差减小，当AUV成对出现其位置误差小于AUV非成对出现的情况。并分别对随机测距误差影响、固定测距误差影响、航位推算误差、AUV航位推算精度仿真分析。发现固定测距误差对定位误差有明显影响，两者呈线性正相关。随机测距误差对定位准确性影响较小。航位推算误差导致的定位误差远小于固定测距误差导致的定位误差。因此得出结论，测距误差才是影响定位误差的主要因素。并且定位精度的分布区域是以主AUV为圆心向外扩散的圆环状，距离主AUV越远则定位精度越差。
　　对动态协同定位，仿真分析了单主AUV领航条件下，四只辅助AUV和八只AUV的直线航迹、V字形航迹和梳型航迹的定位误差情况。证明了同时可对多个AUV进行协同定位，并且随着AUV数目的增大，算法效果没有下降，可知梳型航迹和V字型航迹可通过航迹来修正主AUV自身的位置误差，使得整个AUV团队定位误差减小。
　　本文方法的提出，能够为协同定位导航领域提供理论支撑，给未来的工程应用提供帮助，具有广阔的应用场景。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2协同定位概念的提出

1．3水下多目标协同定位算法研究现状

1．4本文主要研究内容

第2章协同定位系统模型构建

2．1间接平差法

2．2．1平差法数学模型

2．2．2间接平差法的函数模型

2．2．3间接平差法原理

2．2水下多目标协同定位模型

2．3赫尔墨特方差估计法

2．4定位精度评定方法

2．5本章小结

第3章水下多AUV静态定位仿真分析

3．1静态协同定位算法的平差方程

3．2不同数量辅助AUV定位效果仿真分析

3．3静态定位误差源仿真分析

3．3．1固定测距误差对协同定位算法的影响

3．3．2随机测距误差对协同定位算法的影响

3．3．3同向航位推算误差对协同定位算法的影响

3．3．4航位推算精度对协同定位算法的影响

3．3．5定位精度区域分布

3．4本章小结

第4章水下多AUV动态定位仿真分析

4．1动态协同定位算法的平差方程

4．2四只辅助AUV协同定位算法仿真分析

4．2．1典型直线航迹

4．2．2典型V型航迹

4．2．3典型梳型航迹

4．3八只辅助AUV协同定位算法仿真分析

4．3．1典型直线航迹

4．3．2典型V型航迹

4．3．3典型梳型航迹

4．4速度误差对定位误差的影响

4．4．1辅助AUV速度误差对辅助AUV定位误差的影响

4．4．2主AUV速度误差对辅助AUV定位误差的影响

4．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历