一种海底应答器绝对位置的精确校准方法

应答器越来越多地应用于各种水下作业,而其绝对位置的校准是工作的前提。在深海下由于声速的不均匀性,声线会发生弯曲。海底应答器绝对位置的校准需要进行声线弯曲修正。给出了一种深海条件下含声线弯曲修正的海底应答器绝对位置精确校准的方法。深海试验结果验证了该算法的有效性以及进行声线修正的必要性。     

运动矢径对AUV协同定位精度影响的仿真

针对在基于运动矢径的自主水下航行器(AUV)协同定位算法中运动矢径对定位精度的影响进行了仿真分析.利用扩展卡尔曼滤波设计了AUV协同定位算法,通过设定不同的运动矢径对该协同定位算法进行仿真,分析研究了运动矢径的变化对定位精度的影响.仿真结果表明,该定位算法受运动矢径的影响,增大运动矢径会使滤波误差波动变大,降低定位精度.     

基于内差修正数据INS/APS卡尔曼滤波器组合定位

研究基于水声定位系统(APS)和惯性导航系统(INS)的潜艇水下定位误差修正方法.在建立APS模型和INS模型的基础上,设计了INS/APS卡尔曼滤波方法,基于INS的APS内差修正方法和基于INS/APS内差修正数据的卡尔曼滤波方法,分析仿真结果表明,三者均可提升潜艇水下定位精度,其中基于APS内差修正数据的卡尔曼滤波器具备最佳的组合定位效果.     

基于AKF的AUV对接回收组合导航研究

针对自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在回收过程中的组合导航精度问题,提出了一种改进的高斯距离迭代法及改进的自适应卡尔曼滤波算法(Adaptive Kalman Filter,AKF).基于AUV回收对接系统,研究并建立了针对惯导SINS、超短基线USBL、多普勒计程仪DVL和深度计的基于斜距的组合导航模型.通过对SINS/USBL/DVL/深度计组合导航量测信息误差特性分析,设计了改进的基于斜距的SINS/USBL/DVL/深度计组合导航模型;针对该模型突出的滤波发散问题,设计了基于滤波收敛性判据和强跟踪滤波思想改进的AKF滤波算法进行有机融合.仿真结果表明,此研究使实际AUV系统具有更高的滤波精度和可靠性.     

基于SINS/DVL/GPS的AUV组合导航技术

为了提高自主水下航行器组合导航系统的精度,选择了捷联式惯性导航系统(SINS)和多普勒速度声纳(DVL)导航为主、GPS卫星导航系统为辅的组合导航方法.通过Kalman滤波技术对组合导航的误差状态进行了估计,并采用反馈校正的方法修正SINS的导航误差.仿真结果表明SINS/DVL/GPS的组合导航可以有效地提高水下航行器SINS/DVL组合导航系统的导航精度,满足AUV远距离航行的精度需求.     

基于通信延迟误差补偿的协同导航算法

多自主水下航行器(MAUV)协同导航技术是解决水下定位的重要手段。主从式多AUV协同导航系统利用水声通信方式实现数据共享,但由于声速在水中传播较慢,使得接收到的量测信息具有通信延迟。因此,针对通信延迟问题提出了一种新息重建的状态估计补偿方法,通过对从AUV进行状态递推,获得在有无量测延迟两种情况下的状态误差,将此误差作为重建的新息补偿到状态估计中。仿真结果验证了该方法能够有效地补偿协同导航中由于通信延迟造成的定位误差,提高从AUV的定位精度。     

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。     

水下导航系统误差辨识及修正方法

水下航行器经常采用航位推算方式进行定位.由于存在传感器误差,航位推算的定位误差是随着时间发散的,而直接准确检测这类误差非常困难.对航位推算导航系统误差源进行分析与辨识,在此基础上推导出一种新的辨识AUV (Autonomous Underwater Vehicles)导航误差参数的方法,经实航试验结果表明,该算法能够准确辨识AUV导航误差参数向量,简单有效.     

对运动目标多站时差定位和被动跟踪方法

针对对运动目标的被动定位跟踪问题,建立了对运动辐射源多站时差定位及被动跟踪的数学模型,研究了基于扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)的被动跟踪算法。首先,对运动目标建立了二阶常速运动模型,利用实时的时差定位结果和误差协方差矩阵作为扩展卡尔曼滤波的初始值和初始协方差进行被动跟踪;然后,进行了对运动目标定位跟踪的场景仿真,结果表明:扩展卡尔曼滤波实现了对时差定位实时结果平滑作用,使用该方法定位精度大大提高,目标轨迹更明显;最后,通过工程试验验证了该算法的有效性。     

同时定位与制图辅助的GPS/DR组合导航

针对全球定位系统在信号失锁条件下与航位推算组合导航的系统误差快速累积问题,提出一种基于压缩扩展卡尔曼滤波的同时定位与制图的辅助的全球定位系统/航位推算组合导航方法。该方法利用同时定位与辅助实现运动平台在全球定位系统信号无效时连续稳定导航,抑制航位推算定位误差的累积,并利用全球定位系统定位结果校正同时定位与辅助制图误差,减小地图的不确定性。设计基于压缩扩展卡尔曼滤波的同时定位与辅助/全球定位系统组合滤波器,实现大尺度环境下同时定位与辅助/全球定位系统的实时解算。真实实验数据计算结果分析表明,相对于同时定位与辅助定位结果,同时定位与辅助的全球定位系统/航位推算组合导航可有效提高系统定位性能,使得制图精度提高10m。     

基于虚拟参考点的AUV编队控制

针对自主水下航行器(AUV)的编队控制问题,分析了几种不同编队控制方法的优缺点,提出了一种融合了主从编队控制和虚拟结构编队控制二者优点的基于虚拟参考点的AUV编队控制新方法.该方法将AUV的水平面运动方程进行反馈线性化,得到一个二重积分系统,并将编队控制任务分为两个子任务,一是各个AUV的路径跟踪问题;二是要求所有的AUV要以期望的速度编队航行,在此基础上设计了AUV的编队控制律,并在设计虚拟参考点的位置更新时,综合考虑了编队中所有AUV的位置跟踪误差,实现了编队控制的高层协调.通过仿真试验,验证了所提出编队控制律的有效性.     

一种基于极坐标模型的多AUV协同导航与定位算法

为了解决多个自主式水下无人航行器(AUV)在作曲线轨迹的航行时常规协同导航算法精度较低的难题,提出了一种基于极坐标的多AUV协同导航与定位算法.首先,将本算法的模型、可观测性与常规的直角坐标系算法进行了分析与对比.接着,进行了基于实航数据的数值仿真.针对解决各种传感器受异常噪声干扰导致多AUV协同定位误差变大的问题,本...     

基于人工势场的潜艇搭载AUV回收路径规划

紧密结合未来无人作战侦察对潜艇搭载自主水下航行器(AUV)水下自主回收的需求,对水平面内基于水声定位的AUV的自主回收对接技术进行了研究。运用了基于人工势场的导引方法规划了AUV的回坞路径,然后基于AUV的运动方程设计了滑模跟踪控制律来解决AUV在复杂的回收环境下的避障问题,并通过引入"填平势场"来引导AUV走出局部极小点。最后采用了REMUS AUV的模型参数对水下回收进行了仿真试验研究,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于高斯和粒子滤波的AUV水下地形辅助导航方法

针对自主式水下无人航行器(AUV)长时间潜航时的精确导航定位需求,以多波束测深系统为水下地形测量设备,提出一种基于贝叶斯估计的AUV水下地形匹配导航模型。针对贝叶斯滤波后验概率密度函数的求解问题,用高斯混合密度函数近似状态的后验概率密度函数,提出了基于高斯和粒子滤波的水下地形匹配导航方法。基于多波束测深数据的回放式仿真试验表明,提出的方法可以有效近似地形匹配的贝叶斯滤波模型,具有良好的实用性。     

平方根无迹卡尔曼滤波仅测角导航的空间交会闭环协方差分析方法

针对基于仅测角导航的空间交会问题,开展了采用线性协方差进行闭环控制误差快速分析方法的研究。建立了基于平方根无迹卡尔曼滤波(Square Root Unscented Kalman Filter,SRUKF)的仅测角导航算法并推导了观测敏感矩阵,构建了基于多脉冲Hill制导的闭环控制线性协方差分析模型。算例验证结果表明:提出的闭环控制协方差分析结果与Monte Carlo打靶结果能够很好地吻合;该方法适用于采用传统扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的仅测角导航问题,但其迹向位置的估计存在一个与该方向控制误差方差相当的偏心,其误差椭圆的长轴和短轴分别比基于SRUKF的估计结果大24.68%和20.56%。此外,由于采用了QR分解和Cholesky因子更新两种高效的代数运算,基于SRUKF的协方差分析模型的计算速度要比基于EKF的协方差分析模型的大10%。     

基于C3D辅助的战场传感器监视系统设计与实现

首先介绍了战场传感器监视系统的定义和各国现有典型系统。其次针对战场监视特殊的应用环境,利用C3D辅助技术,将相对定位与基于三维地图环境下的绝对定位相结合,通过坐标转换和地图匹配将位置信息直观准确反映在电子地图上,设计了基于C3D辅助的战场传感器监视系统,并对该系统进行了实现。最后通过对3D-MDS(C,D)定位算法的验证结果表明,在长1000m×7m宽的道路上,布撒120个节点,对于速度为3m/s的装甲车定位误差仅为2.1687米。该系统可对定位算法的定位精度进行评测及误差进行修正,防止由于误差累积造成误差放大。     

编队式自主水下航行器无碰协调控制技术研究

针对自主水下航行器(AUV)编队式航行中存在智能体间相互碰撞的危险,提出一种自主水下航行器的无碰协调控制技术,包含了编队协调控制和无碰策略等多种基本行为的融合.在编队控制中运用基于级联方法的路径跟踪控制技术和参数一致性的协同控制方法,保证了跟踪误差的渐近稳定,采用HRVO算法的无碰避障策略,使得AUV可以同时避开一般障碍物和其他AUV的碰撞危险.仿真结果表明,该AUV编队式无碰协调控制技术可使各AUV在避开碰撞危险的情况下,快速收敛到各自的参考路径,并保持编队的协调一致性.     

弹道目标跟踪滤波方法研究

主要对弹道目标的跟踪滤波方法进行了综述,对扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)、转换测量卡尔曼滤波(conversion measurement Kalman filter,CMKF)、基于弹道运动方程的扩展卡尔曼滤波(ballistic extended Kalman filter,...     

一种TDOA/FDOA联合校准定位算法

针对接收站自身存在定位误差情况下的无源定位问题,提出了一种基于时频差(TDOA/FDOA)的多运动目标定位与接收站校准联合算法。该算法采用加权最小二乘(weighted least-square,WLS)估计器,对目标和接收站的定位值进行联合估计。首先,通过引入目标定位假定值和一个中间变量,将高度非线性的无源定位方程进行伪线性化;然后,利用中间变量与目标定位值的关系,改善目标的定位精度。仿真结果表明:由于该算法利用多个运动目标共用同一个含噪接收站阵列这一特性,将多个目标的定位和接收站的校准进行联合考虑,相比于自校准法具有更强的鲁棒性。     

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.