基于地形特征融合的水下地形匹配导航方法

摘要

长时间高精度的实时导航是AUV（Autonomous Underwater Vehicle）完成长航程大潜深作业的关键，目前的惯导系统和航位推算系统都存在累积误差，无法提供长时间的高精度水下导航信息，海底地形匹配导航方法，不需要外部声学基阵支持或定期上浮修正累积误差，对 AUV长期水下潜航和作业具有积极意义。本文将重点研究水下地形匹配的面匹配方法，针对水下实时测量地形获取速率低，地形平坦区域特征不明显，地形特征分散等情况下的匹配策略进行研究，水下地形匹配定位导航的基本原理就是利用地形面匹配方法在预先存储的地形图中定位出 AUV实时测量的地形图，其实质就是大误差三维曲面的配准问题。目前；所有的地形匹配方法都是以节点高度值序列比较的方法寻找最佳相似曲面，这种比较方式在地形特征明显和测量误差较小的区域不存在定位伪点，但是在地形平坦区域，或测量误差较大时，往往会使得匹配结果发散，出现多个伪定位点。
　　本文提出了两中匹配方法，一种是基于节点信息融合的方法，将地形面内的节点看成整体，提取节点周围的曲面信息，包括曲率、梯度、坡向、凹凸性等，单个节点周围的多个曲面特征构成了一组向量（信息包），不再只对节点高度值进行比较，为了减少计算量采用间隔比较的方法，每隔n个节点取一组曲面特征。实际海域地形图实验证明该方法具有较好的精度和鲁棒性。另一种是基于地形分块的匹配定位方法，该方法首先计算匹配区域地形节点的相似性，将所有节点分为可识别点和不可识别点，再将匹配区域的地形进行平均分块，分块的目的就是将可识别的点和不可识别的点最大限度的分割开，被分割出来的子块根据其内部包含的可识别点的数量又分为可识别区域和不可识别区域，可识别区域具有较丰富的地形特征，有利于匹配定位，不可识别区地形平坦，匹配过程中易受测量误差影响；为各个子块赋权值，通过权值降低不可识别区在匹配定位过程中的作用，从而提高定位精度和稳定性。利用水下地形图进行仿真实验，验证了这一方法的可行性，同时证明了该方法具有很好的定位稳定性。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2 课题研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4论文安排

第2章 水下地形匹配导航原理模型

2.1 引言

2.2 水下地形匹配导航原理

2.3 水下地形匹配导航模型

2.4 地形插值方法

2.5 水下地形匹配导航方法

2.6 本章小结

第3章 测量地形分析与处理

3.1 引言

3.2 伪点的存在性

3.3 地形适配性分析

3.4 最优适配区划分方法与赋权值

3.5 分块区赋权值

3.6 实验分析

3.7 本节小结

第4章 基于节点信息融合的匹配定位

4.1 引言

4.2 信息包的定义

4.3 基于信息包的匹配

4.4 实验分析

4.5 结论

4.6 本章小结

第5章 AUV地形匹配导航系统

5.1 传感器系统

5.2 AUV水下地形匹配导航系统结构

5.3 地形匹配导航数据可靠性分析

5.4 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