基于先验地形数据处理的水下潜器地形辅助导航方法研究

摘要

本文对比了水下潜器地形辅助导航与飞行器地形辅助导航的不同，相对于陆上地形导航，水下地形导航在匹配算法具有自己的特殊性，这是本文的研究重点。 使用求解偏微分方程的插值技术来估算任意点高程值，避免了地形线性化处理存在拟合区域大小随意、误差大的弊端。针对传统自然单元插值算法存在计算冗余、不利于实时处理的问题，提出快速自然邻点插值法(FNNI)，在寻找自然邻点和计算形函数两方面对原算法作出改进，试验表明插值结果稳定、精确度高，时间复杂度降低，能满足实时计算的要求。 选择多波束声纳作为测量传感器，与传统的测量传感器单波束声纳相比它具有无可比拟的优势。 地形匹配是状态方程和观测方程都是非线性的状态估计问题，采用概率准则的非线性状态估计方法处理地形匹配问题在理论上具有优势。基于长时间连续滤波的地形匹配方法不适合水下环境和潜器的特点，选择基于概率准则的极大似然估计方法作为水下潜器地形定位的方法，通过数学推导和仿真试验证明了它的合理性。

目录

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声明

第1章绪论

1.1水下潜器的意义及现状

1.2水下潜器导航技术的现状及发展方向

1.3地形导航技术的历史及现状

1.4水下潜器地形辅助导航的可行性及难点

1.5论文主要研究内容

第2章先验地形图

2.1引言

2.2陆上地形数据库

2.3海底地形获得

2.3.1海底地形测量的现状及发展

2.3.2海底地形勘测技术标准

2.4地形适配性分析

2.4.1地形特征参数的计算方法

2.4.2匹配区的选择标准

2.5本章小结

第3章匹配区先验地形图的处理方法

3.1引言

3.2自然单元法(NEM)

3.2.1基本概念

3.2.2自然邻点插值(NNI)

3.3快速自然邻点插值(FNNI)

3.3.1快速寻找自然邻点的方法

3.3.2计算形函数(shape function)的方法

3.4数值试验

3.5先验地形图处理

3.6本章小结

第4章地形辅助导航方法

4.1引言

4.2估计准则和估计方法

4.2.1估计准则

4.2.2估计方法

4.3常见的地形导航方法

4.3.1 TERCOM

4.3.2 SITAN

4.3.3 TERPROM

4.4基于概率准则的地形辅助导航方法

4.4.1贝叶斯估计理论基础

4.4.2递推贝叶斯估计

4.4.3贝叶斯估计的数值解法

4.5本章小结

第5章水下地形辅助导航方法研究

5.1引言

5.2实测数据的获得及误差

5.2.1实测设备的选择

5.2.2实测深度误差的来源

5.3测量基准面偏差对估计误差影响的分析

5.4匹配方法选择的理论分析

5.4.1基于递推贝叶斯估计的导航方法分析

5.4.2递推贝叶斯估计退化为极大似然估计的分析

5.4.3似然函数曲线形态分析

5.4.4伪波峰影响的分析

5.4.5匹配方法选择总结

5.5极大似然定位方法仿真

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

附录