顾及声速误差的USBL/SINS紧组合导航算法研究

采用水下超短基线定位系统和捷联惯导系统组合对水下潜器进行导航时,未知的声速误差会严重影响组合导航的精度。顾及超短基线定位系统的噪声水平、阵列上接收单元的误差特性以及和捷联惯导系统在导航性能的互补性,基于平面波近似原理,建立了SINS/USBL紧组合系统的状态方程和量测方程,并对未改正的声速误差在线估计,提出一种超短基线定位系统和捷联惯导系统紧组合算法。新算法可以将非高斯的未知声速误差进行建模后进行估计,有效提高了捷联惯导系统的误差估计性能。仿真实验结果表明,新算法能有效估计未知声速误差,滤波收敛后的精度明显优于松组合方案,具有很强的实用性。     

数据驱动的水下潜航器在线建模及运动控制技术

面向未来高机动水下潜航器对精确运动控制的需求,考虑到现有控制方法所面临的动态跟踪能力差、耦合系统控制精度低等不足,研究基于模型的控制方法。水下潜航器水动力非线性强、建模困难,研究了数据驱动的水下潜航器运动建模方法,可实现对潜航器未来运动的长时精确预报。面向微小型水下潜航器难以安装声学测速及推进器转速测量装置,研究了无声学传感信息下线速度多步预报技术,仅需惯导数据及推进器、舵角控制信号,实现对不同航次线速度长时精确预报。基于该建模方法,研究了水下潜航器 MPC 及基于模型的强化学习运动控制技术,基于仿真平台及无人机实物平台验证了控制方法的有效性。     

重力辅助匹配惯性导航系统研究

常规的航位推算方法无法满足水下潜器长时间工作的导航要求,惯导设备的定位误差随时间积累,重力异常数据和重力梯度数据进行匹配辅助导航可以连续的对惯性导航系统积累误差进行校正。 文章介绍了利用重力辅助惯导的思想和原理,对重力辅助惯性导航进行了讨论,建立包含重力异常/ 重力梯度数据的 Kalman 滤波算法,并采用改进的 ICCP 算法对重力异常匹配导航进行了模拟试算,结果表明在现有的技术条件下,重力辅助匹配导航能够胜任水下航行的工作任务,保证长航时的水下定位精度。     

基于INS/DVL/GPS的UUV组合导航技术分析

水下组合导航是 UUV 完成长航时水下自主航行和任务的技术保障和基础,而基于 INS/DVL/GPS 的组合导航是当前 UUV 的主流组合导航方式,可解决导航误差随时间积累的难题,满足 UUV 长航时水下航行的要求。介绍了水下组合导航系统的结构和组成以及关键技术,并详细论述了初始对准算法、纯惯性解算算法、组合导航算法、DVL 标定算法和校准算法。     

深海自治式水下航行器组合导航/定位误差分析与建模

在深海海洋油气资源勘探开发中,导航定位数据是各个测量参数的基准信息,测量载体的定位精度在一定程度上决定了其搭载的传感器探测精度。以COSL Explorer型深水自治式水下航行器为研究对象,分析其组合导航/定位系统的特点,得出包含超短基线水下定位、多普勒计程仪与惯性系统组合导航、海水中声速影响的深水自治式水下航行器导航/定位误差模型,并对该模型参数进行等误差剖面分析,得到该载体导航/定位误差分布趋势。并针对不同航速、不同定位斜距、不同时间间隔下的组合导航定位误差进行预报,为自主航行器在大海深、大范围工程勘察测量时参数设置提供理论依据。     

一种深海拖曳系统稳健可靠的组合定位方法

为了解决深海拖曳系统定位异常、不连续以及误差积累的问题,提出了一种联合惯性导航系统(INS)和超短基线定位系统(USBL)的组合定位方法,利用在航声线跟踪实现USBL的高精度定位,顾及INS和USBL系统的互补性,并结合Kalman滤波构建了INS+USBL的组合定位模型。将该组合定位模型应用于"向阳红01"船深海拖曳系统在南海的定位实验并与USBL的定位结果比对,实验表明,组合定位方法有效地解决了深拖系统定位异常且不连续问题。INS+USBL组合定位方法可以满足深海拖曳系统的稳健可靠定位,对于深远海定位具有重要意义。     

水下导航定位技术研究进展

由于海水介质对电磁波的强吸收屏蔽效应影响，水下潜航器的隐蔽航行使得对其进行水下导航定位成为一个难点和热点研究方向。现有水下导航与定位技术以惯性导航传统自主导航技术为主体，围绕修正惯性导航产生的累积误差问题，发展形成了航位推算导航、地球物理匹配导航技术、水声导航技术等多种辅助导航技术。系统地介绍了这些水下导航技术及其组合方式的基本原理、主要特点及研究进展，并对未来水下导航技术发展趋势和应用进行了展望。     

基于可重置联邦滤波器的水下运载体导航定位方法

单一导航系统无法满足水下运载体高精度、高可靠性的导航需求,文中根据常用水下导航系统的特点,提出基于可重置联邦滤波器的水下运载体导航定位方案,设计了以惯导系统(INS)为主参考系统,声学定位系统/深度计、多普勒计程仪(DVL)、罗经为子参考系统的联邦滤波器,并进行了仿真研究。结果表明文中设计的滤波器能有效融合各个传感器的导航信息,实现水下运载体高精度导航定位,并具有一定容错性。     

用于水下潜器的惯性导航系统安装和初始对准技术

水下潜器通常采用捷联惯性导航和多普勒计程仪组合导航系统。为提高惯性导航系统的导航精度,保障水下潜器顺利作业,文章以高性能惯导系统PHINS为例,介绍其安装和初始对准技术。PHINS在安装时须计算其与船体的偏差以及与船体和外部传感器的力臂,尤其与多普勒计程仪组合时应执行传感器自动对准程序;PHINS的初始对准是其精确导航的前提,可在海上或静态时进行;惯导系统的安装误差和初始对准精度对于其导航精度具有决定性的影响。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

基于最小二乘法的超短基线水声定位系统校准方法

超短基线水声定位系统是海洋工程及水下无人系统中应用较广泛的精密仪器设备，为了提高对水下目标的定位精度，在使用前需对其进行校准。描述了一种基于最小二乘法迭代修正的超短基线水声定位系统校准方法，该方法以最小二乘法为基本原理，通过多次迭代修正的方式，修正基阵与GPS天线之间的平移偏差以及基阵与罗经之间的旋转偏差，从而提高系统的测量精度，最终通过湖上试验验证了该方法的有效性。     

超短基线定位原理及校正方法研究

通过探讨超短基线和GPS技术相结合的三维立体定位原理,分析超短基线定位误差来源,如安装偏差、声速误差、船姿态变化引起的偏差等,利用以最小二乘法为理论基础的动态校正法对超短基线定位误差进行了修正,将校正前后的定位数据标准偏差和剩余偏差处理后对比发现,这种方法可以极大地提高水下目标定位的精度,减少定位的误差,这也在实际应用...     

水下地貌调查测量精度提高方法研究

海洋调查中,为确保调查信息与实际位置相匹配,提高调查成果的可信度,必须提高作业船拖曳调查设备的定位精度。论述了基于超短基线（USBL）水声定位与差分全球定位系统（DGPS）组合的新方法,消除了因作业船频繁变向、潮流的流向及流速等造成的调查设备位置的测量误差,成功地解决了调查信息错位,提高了海底地貌调查的定位测量精度,实用性较强。     

基于单水声信标距离量测的匹配定位方法

水声通信和测距能力是实现水下航行器准确定位的重要技术手段。当前基于水声定位的方法主要有利用测距和测向功能的水声定位技术以及水声测距辅助导航技术，二者的系统物理复杂度都比较高。本文提出了一种基于单水声信标距离量测的匹配定位方法，航行器在水声信标测距覆盖范围内，利用航行过程中多次测距信息构建测距圆序列形成位置约束，基于航位推算导航信息，将航行器在连续测距时间段内的相对航迹在圆序列上进行最优匹配，从而获得位置估计，通过对测距误差进行补偿可进一步提升定位精度。本方法所需物理系统结构复杂度低、可操作性强，仿真实验表明，该方法可以独立实现较高精度的定位。     

基于卡尔曼滤波的INS／USBL水下导航系统模型研究

简述惯性导航技术(INS)和超短基线定位技术(USBL),并分析了各自的优缺点.为了满足深海作业对导航定位高精度、高数据更新率的技术需求,提出基于卡尔曼滤波技术(Kalman Filter)实现INS和USBL的融合集成,研究了系统模型,进行了水下定位试验,给出了误差分析结果,证明了模型的可靠性.