水下航行器自主导航定位技术前沿进展

导航与定位技术是自主水下航行器(AUV)预设任务并安全返航的前提,由于水下环境的限制,目前广泛采用多系统组合导航的方式来实现AUV的准确定位。面向AUV的工况特点,详细介绍了水声测速系统、水声定位系统以及地球物理场辅助导航技术的特征与技术难点,分析了用于水下自主导航时多源组合导航方法的最新进展,随着相关测量仪器领域的研究进展,基于精确测量地球物理场特征的辅助导航技术成为具有极强竞争力的方案之一。多AUV协同导航方案同样适用于复杂的水下环境,被视为未来AUV导航技术重要发展方向。     

自主水下航行器导航技术

水下导航技术是自主水下航行器发展的关键技术,因而得到了广泛的关注。简要介绍了自主水下航行器的重要性及国外的发展概况,对国外水下航行器所采用的导航技术进行了综述,并就我国应采取的对策与措施提出建议。     

水下航行器动力定位下的运动轨迹设计与仿真

对远程低速水下航行器在动力定位系统作用下的运动进行了研究.远程低速水下航行器由于航程远必须采用GPS全球导航定位系统进行导航,于是水下航行器就必须具有动力定位的能力,使之可以在需要GPS导航的时候上浮到近水面,导航完成后再下潜回航行深度.在建立水下航行器运动数学模型及进行推力分配的基础上,对远程低速水下航行器的典型运动轨迹进行了仿真,并对仿真结果进行了分析.     

基于SLAM的地磁导航定位

目前的地磁匹配制导算法多数需要基于高精度的地磁基准图,但实际中多种因素的影响,使得事先获取载体工作环境的精确地磁图很困难。为了实现载体不依赖于基准图的地磁导航定位,通过深入研究机器人和水下潜艇中所应用的导航定位方法,提出采用适用于地磁特点的同时定位与构图(SLAM)算法进行导航定位,并对基于SLAM的地磁导航定位关键技术进行了分析。     

联邦滤波器的SINS/GNS/DVS水下组合导航

针对现有的水下导航系统不能全面满足AUV导航的需要,为了提高水下航行器组合导航系统长时间远航程的隐蔽性,可靠性及精度,提出了一种基于联邦滤波器的惯性导航系统、地磁导航、多普勒速度声纳的组合导航方案,并采用简化自适应卡尔曼算法对水下航行器组合导航系统进行误差估计,解决了传统卡尔曼滤波容易发散的问题.仿真结果表明,在SINS/GNS/DVS组合导航中采用该算法,提高了定位精度,保证了滤波的快速性,验证了该算法的可行性和正确性.     

水下地形辅助导航技术的研究与应用进展

在简要介绍水下地形辅助导航基本概念的基础上,从地形辅助导航算法、水下数字地图技术、水下地形辅助导航试验等方面,详细介绍了水下地形辅助导航所涉及各方面的主要问题及研究进展,并对下一步研究方向及应用做出指引与展望。     

基于SINS/GPS组合导航的AUV半实物仿真系统设计(英文)

为了满足水下航行远航程和长时间的要求,远航程自主水下航行器(AUV)采用的是以SINS导航为主、卫星导航定期修正的方式,以提高导航的精度和可靠性.设计一种采用GPS卫星定位导航模拟器、GPS接收机、惯性测量器件(IMU)和实时仿真计算机构成的采用SINS/GPS组合导航方式的AUV导航半实物仿真系统,并对该系统的硬件接口设计、算法和软件开发进行了论述.所开发的系统通过外部的线运动补偿实现了惯性导航系统的完整计算,通过时间同步策略解决了各导航子系统的并行同步问题.部分仿真试验的结果表明,所设计的半实物仿真系统方案可行,可用于更高置信度的AUV组合导航仿真实验.     

自主水下航行器的研究现状与挑战

自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)无论在民用还是军事方面都有广泛的应用,具有潜在的教育、科学和军事价值。简要的介绍了自主水下航行器的国内外的发展概况,讨论了自主水下航行未来发展所存在的技术问题,并探讨了自主水下航行器的未来发展趋势。最后,就我国应采取的对策与措施提出了建议。     

文章编号：基于多目标进化搜索算法的AUV地磁仿生导航方法

针对水下自主航行器(AUV)地磁多参量多目标搜索的问题,提出了一种基于磁趋势敏感的多目标进化搜索算法。在进化算法的结构下,利用地磁场参量与导航路径的约束关系,以磁趋势敏感作为后验评估准则,建立导航模型,使得地磁多分量伴随航行器的运动同时同地收敛至各自目标值,实现导航目的。通过与六边形路径搜索算法的仿真对比,验证了多目标进化搜索算法的有效性和优越性。     

水下航行器永磁直流电机瞬态磁场数值模拟

水下航行器在海洋中已得到广泛应用,而电动力水下航行器较热动力水下航行器由于具有结构简单、维护方便等优点应用更广泛。应用有限元分析软件Magnet,对某型电动力水下航行器推进用永磁直流电机有无负载时内、外磁场进行了数值模拟,所获得的结果可用于分析电机漏磁场对其周围电子仪器设备的干扰。     

重力扰动对SINS水平姿态的影响

为研究动基座下捷联惯导系统(Strapdown Inertial Navigation System, SINS)水平姿态误差角与水平重力扰动间的关系,推导了南北方向、东西方向匀速直线运动时,SINS纯惯性解算的水平姿态误差与水平重力扰动间的传递函数,并分析了传递函数的零极点分布;推导了组合导航模式下,水平姿态误差角与水平重力扰动间的传递函数;通过仿真分析了纯惯性解算和组合导航模式下传递函数的幅频特性。组合导航相对于纯惯性解算模式,截止频率更大,SINS姿态误差角受更多高频重力扰动信号的影响,因此,组合导航模式需要更高分辨率的重力扰动数据来进行重力扰动补偿。此外,在对高精度SINS进行重力扰动补偿时,对于重力扰动分辨率的需求是有限度的,过于精细的重力扰动数据只会带来测量和存储压力,不能提高SINS的姿态精度。     

国外潜航器水下隐蔽导航定位方法探析

针对潜航器自主惯性导航误差随时间不断增大的问题，研究了基于运载器、信标中继、海底固定基站的国外潜航器的典型导航定位方法。通过水声通信方式，运载器、信标中继站将其卫星精确定位数据发送至潜航器，或海底固定基站接收到潜航器发射唤醒信号后，量测相关信息并发至潜航器。潜航器被动接收水声通信数据，并对其进行综合处理，实现潜航器在水下隐蔽工作模式下对自身位置的实时修正，提高潜航器导航定位精度，具备较强的工程可实现性。     

SINS/DVL/AST水下组合导航中的鲁棒信息融合方法

捷联式惯导系统由于自主性强等优势成为自主式水下航行器长航时、长航程导航的主要手段。针对水下环境中外部多导航传感器如多普勒计程仪提供的测速信息和水声单应答器提供的位置信息容易受到非高斯噪声污染的问题,提出基于马氏距离算法的联邦鲁棒卡尔曼滤波算法。在联邦鲁棒卡尔曼滤波算法中,通过马氏距离算法引入膨胀因子,对量测噪声协方差阵进行膨胀,以实现非高斯条件下水下组合导航系统鲁棒性的提升。同时基于子滤波器的滤波性能对信息分配系数进行自适应调整以确保水下组合导航系统的高精度。基于江试试验实测数据进行水下组合导航半物理仿真试验,试验结果表明:相比于传统的联邦卡尔曼滤波算法,联邦鲁棒卡尔曼滤波算法可在非高斯条件下实现更高精度、更加稳定的组合导航；能够满足水下组合导航系统对容错性和鲁棒性的要求。     

仿生偏振光导航传感器量测模型研究

仿生偏振导航传感器仿照昆虫利用天空偏振光进行导航的原理,测量载体的姿态和方位,具有精度高、功耗低等优势,是一种新型的导航传感器．根据偏振导航的原理分析偏振导航传感器的测量参考矢量和导航能力,根据其参考矢量的数量及性质,对偏振导航传感器使用在不同性质载体上的测量进行建模,并提出其对载体进行定姿的条件．     

无人飞行器异源图像匹配辅助惯性导航定位技术综述

无全球定位系统下高精度定位与导航是飞行器实现自主侦查、巡航与打击的关键。视觉导航具有被动、低成本、能避免累积误差等优点。视觉导航与惯性导航融合更能够发挥出各自的优势,达到高精度定位的目的。总结了异源图像匹配辅助惯性导航的飞行器定位技术的发展历程; 从相机-惯导标定技术、异源图像匹配、姿态解算、数据融合和后端优化五个方面详细阐述了异源图像匹配辅助惯性导航的飞行器定位的关键技术; 指出了基于深度学习的异源图像匹配与惯性导航两种无源定位组合导航系统融合技术等四个未来可能的发展方向,可为实现异源图像匹配辅助惯性导航飞行器定位技术提供参考。     

基于CPSO算法的海空跨域无人航行器集群协同作业路径规划

针对海空跨域无人航行器集群在复杂水域环境下协同作业以追踪水下目标的任务,提出一种基于协同粒子群(CPSO)的协同作业路径规划算法.考虑不同无人航行器集群特性优势,合理分解并分配远距离追踪水下目标任务过程,并利用CPSO算法进行路径规划.在CPSO算法中,首先为无人机(UAVs)集群规划飞行路径,UAV飞行过程中探测水面...     

AUV水下导航信息融合方法研究

通过构建一种虚拟导航设备,并将其作为Kalman滤波的量测信息构成一个水下导航信息处理方法.计算机仿真模拟和海试结果分析表明,带数据库Kalman是一个非常实用的方法,能有效提高水下推算船位的精度.