基于因子图的AUV协同导航通信延迟误差补偿算法

针对自主水下航行器协同导航系统水声通信延迟导致的定位误差增大问题,在因子图协同导航算法框架下提出一种基于量测信息重建的通信延迟补偿算法。首先,基于主从式协同导航系统状态方程、量测方程构建因子图模型。由于多个自主水下航行器距离量测信息导致因子图模型存在环结构,故通过两次消息传递迭代求解各节点变量概率密度分布。随后,在广播式水声通信延迟机理分析基础上进行量测信息重建,并将其接入因子图代替原始量测信息进行消息传递与解算,从而补偿水声通信延迟。仿真实验结果表明,所提算法可以有效提高从自主水下航行器定位精度,没有通信延迟补偿的协同导航算法定位精度与水声通信固定延迟呈反比,在水声通信固定延迟为10 s的条件下,所提算法相比没有通信延迟补偿的协同导航算法,定位精度可以提高82.57%。     

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。     

无人潜航器能成为海底杀手锏吗？

开场白：进入新世纪以来,无人潜航器愈发受到许多国家海军,特别是一些中小国家海军的青睐。这种不用人驾驶,完全靠遥控或自动控制在海中航行的器具,其“本领”日渐高强,不仅能完成传统的数据采集和海洋侦察,而且在通信导航、搜索探测,甚至在反水雷作战,跟踪追猎潜艇等多方面,均显示出超强的能力。难道无人潜航器的性能与作用,真像有些刊物描述的那么突出吗？今后它是否真能替代某些武器。在水下战场“独领风骚”？     

海底威胁助推无人潜航器新发展

<正>水文勘测、反水雷、快速环境评估,以及情报监视与侦察、关键国家基础设施检查、作战环境情报准备和打捞/救援等都是当今无人潜航器的“标配任务”。有朝一日,具有打击能力的无人潜航器似乎会成为“司空见惯”的一种武器系统,人们也越来越担心海底世界可能成为一个新的战场空间。因此,各国海军正在寻求能够自主完成水下任务的系统,旨在对海底/海上电缆、光缆、管道、风力发电站、     

航海中水声通信技术运用分析

较为常见的航海通信技术包括探测声呐、导航声呐、定位声呐、激光通信、水声通信等,本文主要以水声通信技术为例,介绍了水声信道基本特征、技术的应用方式选择以及在母船与多水下平台沟通中这一技术的应用,以期通过推动水声通信技术高效发展的方式,为海洋世界深入探索提供支持,希望能够给读者带来启发.     

基于距离量测的主从式AUV协同定位方法

多AUV(Autonomous Underwater Vehicles)协同定位是多AUV协作系统研究的关键问题.通常在主从式协同定位中,主AUV内部装备高精度导航设备,从AUV内部装备低精度导航设备,主从AUV均装备水声通信装置.为了改善从AUV的导航定位精度,提出了利用主从AUV水声通信时间延迟测量二者之间的相对距...     

水面舰艇反潜防御中无人潜航器兵力需求研究

以水下无人潜航器为航渡过程中的大型水面舰艇构建对潜防御屏障为出发点,研究无人潜航器兵力需求问题.根据大型舰艇水下威胁特点,提出无人潜航器兵力配置的基本要求;基于敌我双方兵力机动要素分析,定义潜艇攻击阵位线和无人潜航器最迟警戒线,并通过解析计算得出表达式,求得无人潜航器最迟警戒线周长,估算无人潜航器最小需求数量.根据建模...     

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。     

20世纪从人工导航到智能导航

众所周知,利用各种专用设备引导运载器从一地点安全和经济地到达另一地点的过程就是导航。更具体地说,导航就是要精确地确定运载器所处的位置和方向,并引导它们沿着预先确定的路线航行。就军事而言,除引导航行任务外,还要配合完成武器发射、侦察、反潜、海上编队、空中编队、警戒等任务。就经济建设而言,导航可以配合完成海洋石油勘探、海上捕鱼、海洋调查、海道测量、极区考察、气     

美国海军潜载无人潜航器发展路线

无人潜航器综合集成了传感器、新型计算机软件,采用能量储存/转换和推进、新材料与新工艺及水下智能武器等新技术,能够搭载于潜艇和水面舰艇,执行反潜战、水雷战、水下监视/侦察和水下攻击等多种任务。其中,潜艇搭载无人潜航器能够最大限度地发挥其隐蔽监视、侦察及秘密作战的优势。在众多世界海军强国中,美国最早开始发展潜载无人潜航器,技术也最为先进。美国海军将无人潜航器视为在未来海战中能够有效制海和夺取水下优势的海上力量倍增器,本文将讨论美国潜载自主式无人潜航器的发展路线。     

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...     

无人车用智能导航技术国际态势分析

根据无人车用智能导航技术相关的研究与综述论文、专利发表情况,对该专业技术领域进行总体分析.选取1990—2020年的数据,针对论文发表情况,主要对其发展趋势、国家/地区分布、机构分布、出版物分布、高被引论文、被引频次和研究主题进行深入分析;针对专利申请现状,主要对专利申请时间、国家/地区分布、专利权人、专利研发技术热点...     

水域无人系统平台自主航行及协同控制研究进展

水域无人系统平台是指可通过远程遥控、无人驾驶、自主航行等方式达成任务的一类平台,涵盖无人船艇及其所配备的无人机、自主水下机器人等.自主航行及协同控制理论技术水平是水域无人系统平台的核心所在,已成为船舶与海洋工程及水上交通等领域的热点研究方向.为掌握水域无人系统平台的自主航行及协同控制方面的发展动态和趋势,综述了水域无人...     

自旋载体中的超紧组合GNSS接收机跟踪环路设计

自旋载体是全球导航卫星系统接收机的一种典型应用。当全球导航卫星系统载体自旋时,旋转产生的高阶动态将导致传统跟踪环路失锁;全球导航卫星系统与惯性导航系统组合可以有效补偿信号的高阶动态。因此,提出了一种利用惯性导航信息辅助卫星导航信号跟踪的超紧组合导航接收机环路设计方法,并分析了惯性导航信息辅助速率、自旋载体转速和信号载波相位误差之间的关系。通过仿真验证了所提接收机环路结构可以有效解决自旋载体接收机的信号跟踪问题,且相比于卫星导航单系统三阶环路而言,所提超紧组合环路结构可以显著提升自旋载体接收机的定位精度。     

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。     

潜射无人机及其对潜艇作战带来的变化

从水下航母的历史出发,简述了现代战争对潜射无人机的需求,分析了潜艇(尤其是核潜艇)装备潜射无人机的优势和给作战带来的变化,说明了它对发展水下航母的重要性。之后,以美国潜射无人机研发为例,总结了其研究进展,探讨了它目前面临或需要解决的问题,表明了其发展方向。     

天海一体化水下重力辅助导航研究进展

水下航行器精确导航在海洋利用和开发过程中发挥了重要作用。关于抑制水下导航误差随时间累积的问题,进行了详细阐述和分析:简述了惯性器件的发展历程;详细对比了各导航系统的优劣性,着重介绍了国内外重力辅助导航研究现状,分析了针对目前水下航行器高精度导航的需求,以及全球海洋重力基准图空间分辨率不足的科学难题;提出了通过GNSS-R测高星座获得高空间分辨率和高精度全球海洋重力基准图的思路及技术路线,以期提高水下重力辅助导航精度。     

基于多传感器信息融合理论的无人机相对导航状态估计方法

为提升无人机的作战效能和作战指标,提升无人机的相对导航精度和导航系统可靠性,本文以无人机编队的相对导航系统为研究背景,基于容积卡尔曼滤波算法和信息滤波算法,研究了容积信息滤波算法。此外,还采用了多传感器信息融合理论,利用分布式信息融合结构构建了无人机相对导航滤波器,对来自惯导、视觉和卫星的信息进行融合,获取无人机间的相对位置、速度和姿态信息。该方法提升了无人机相对导航的导航精度、导航可靠性和滤波稳定性,容积信息滤波算法的应用避免了传统滤波算法在在高维系统中出现的数值不稳定以及精度降低等问题。论文还进行了相应的数学仿真,仿真结果表明该方法提高了无人机编队之间相对导航的精度和可靠性,证明了算法的有效性。     

一种单轴旋转的车载IMU/DTU组合导航方法

长时间机动工况时,某些复杂路况和车况环境下,捷联惯导组合导航系统方位角误差将增大.基于已有组合导航算法框架,提出了一种基于单轴旋转调制的组合导航方法.采用21维IMU/DTU(里程计)误差状态构造状态方程,以捷联惯导解算的位移增量与里程计解算的位移增量之差作为观测量,Kalman滤波器融合惯导与里程计信息,利用旋转调制...     

复杂海战场环境下AUV全局路径规划方法

针对无人自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在复杂海战场环境中路径规划时环境模型复杂、约束条件多的情况,建立了包括战场地形、敌方威胁、障碍物和海流场等在内的比较完善的海战场环境模型.以AUV航行时间、威胁时间最短为优化目标,给出了一种基于振荡型入侵野草优化(Invasiv...