AUV動(dòng)力學(xué)模型輔助的航位推算方法研究.pdf

1、隨著水下自主潛航器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)在海洋開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,對(duì)AUV導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求也越來(lái)越高。導(dǎo)航系統(tǒng)的精度決定了AUV是否可以安全作業(yè)及返回。傳統(tǒng)航位推算法是AUV中目前最常用的導(dǎo)航方法之一。傳統(tǒng)航位推算方法是指利用羅經(jīng)的姿態(tài)信息和多普勒測(cè)速儀(DVL)的航速信息,由初始位置開(kāi)始,一步步地向前推算。傳統(tǒng)航位推算算法依賴于多普勒測(cè)速儀(DVL)采集的速度數(shù)據(jù)和姿態(tài)傳感器采集的姿

2、態(tài)數(shù)據(jù)。AUV在水下運(yùn)行時(shí),尤其是低航速長(zhǎng)時(shí)間航行情況下,有可能發(fā)生DVL測(cè)量數(shù)據(jù)失效或DVL故障的情況,例如當(dāng)AUV潛行過(guò)淺時(shí),超出DVL測(cè)量范圍時(shí)或者水底地質(zhì)是淤泥類(lèi)吸波性強(qiáng)的物質(zhì)時(shí),DVL發(fā)射的聲波將無(wú)法返回,因此也無(wú)法得到有效數(shù)據(jù),從而導(dǎo)致傳統(tǒng)航位推算方法推算的位置產(chǎn)生極大的誤差。因此需要找到一種方法能夠有效提高AUV水下導(dǎo)航系統(tǒng)的精度及魯棒性,從而減少AUV需要出水校正的次數(shù)。本文針對(duì)這一問(wèn)題,以哈爾濱工程大學(xué)自主研制的AUV

3、為研究對(duì)象,對(duì)AUV動(dòng)力學(xué)模型輔助的航位推算方法,簡(jiǎn)稱MADR(Model-Aided Dead Reckoning)進(jìn)行了研究。
　　 根據(jù)課題需要,本文深入開(kāi)展了以下工作:
　　 首先,對(duì)本文的研究對(duì)象AUV建立動(dòng)力學(xué)模型,給出了AUV六自由度空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,并驗(yàn)證所建立的AUV動(dòng)力學(xué)模型是否正確;
　　 其次,以傳統(tǒng)航位推算方法的原理及實(shí)現(xiàn)方法為基礎(chǔ),對(duì)AUV動(dòng)力學(xué)模型輔助的航位推算方法的原理及實(shí)現(xiàn)方

4、法進(jìn)行研究,并對(duì)MADR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行研究;
　　 然后,對(duì)AUV動(dòng)力學(xué)模型輔助的航位推算方法在QNX系統(tǒng)下進(jìn)行軟件設(shè)計(jì),包括軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和各個(gè)子軟件模塊的設(shè)計(jì);
　　 最后,利用AUV在實(shí)際的湖區(qū)試驗(yàn)中獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)AUV動(dòng)力學(xué)模型輔助的航位推算方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證,給出仿真驗(yàn)證的結(jié)果,并與傳統(tǒng)航位推算方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　 本文的研究結(jié)果表明在速度傳感器如DVL失效或者發(fā)生故障時(shí),采用AU