基于SINSDVLGPS的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

《基于SINSDVLGPS的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、謹(jǐn)以此論文獻(xiàn)給老師、家人和朋友潘學(xué)松lIIIIIITIIIIIUllIII＼1926503基于SINS／DVL／GPS的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究學(xué)位論文完成日期：壅塵壘蘭墮圣!塑指導(dǎo)教師簽字：—二蘑毛囊基廣一答辯委員會(huì)成員簽字：移欲．7／'—●徹^’。yV吖獨(dú)創(chuàng)聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含未獲得!洼i翅逡查基他霞蔓繾別直明數(shù)：奎攔亙窒≥或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位

2、或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：滔學(xué)壽眾簽字日期：2忉J年嘲。／日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，并同意以下事項(xiàng)：l、學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。2、學(xué)校可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)清華大學(xué)“中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)電子雜志社"用于出版和編入CN

3、KI《中國(guó)知識(shí)資源總庫(kù)》，授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)》。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文作者簽名：!罨豺幺簽字日期：砂l(fā)1年l，臼。／日導(dǎo)師簽字．誣濃簽字日期：弘『1年占月1日基于SINS／DVL／GPS的AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究捅要隨著海洋探測(cè)與開發(fā)的不斷深入，對(duì)具有自主導(dǎo)航能力的水下機(jī)器人的需求越來越大。在深海復(fù)雜環(huán)境中，單一的傳感器設(shè)備都無法滿足高精度自主導(dǎo)航的要求，而采用多傳感器信息融合和優(yōu)化濾波算法成為必然的選擇。本文通過對(duì)水下自主機(jī)器人

4、組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，為其向更廣闊、更長(zhǎng)程、更復(fù)雜的工作海域發(fā)展提供強(qiáng)有力的保證，這必將大大推動(dòng)我國(guó)乃至世界水下自主機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。本文結(jié)合當(dāng)前水下自主機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)的特點(diǎn)，介紹了自主導(dǎo)航技術(shù)中常遇到的問題難點(diǎn)。提出了“潛航一水面校正一潛航’’的導(dǎo)航模式，利用SINS／DVL組合導(dǎo)航系統(tǒng)作為水下導(dǎo)航系統(tǒng)，將SINS／GPs組合導(dǎo)航系統(tǒng)作為水面校正系統(tǒng)。在遠(yuǎn)程AUV導(dǎo)航過程中，AUV經(jīng)過一段時(shí)間的水下航行定時(shí)浮出水面，引入GPS，糾正AUV的速度和位置信息，解決了遠(yuǎn)程AUV定位誤差隨時(shí)間累積而發(fā)散的

5、問題。然后研究了擴(kuò)展卡爾曼濾波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種流行的濾波方法。分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提出相應(yīng)的改進(jìn)。擴(kuò)展卡爾曼濾波是在卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上針對(duì)非線性環(huán)境的改進(jìn)算法，需要根據(jù)SINS和DVL各自的誤差方程來設(shè)計(jì)擴(kuò)展卡爾曼濾波器的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，從而計(jì)算出各個(gè)誤差項(xiàng)。AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境比較惡劣，系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型及噪聲的統(tǒng)計(jì)特性不易先驗(yàn)得到，從而經(jīng)常導(dǎo)致擴(kuò)展卡爾曼濾波器發(fā)散。它的優(yōu)點(diǎn)是精度和實(shí)時(shí)性比較高，但是在可靠性方面要差一些。針對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波可靠性較差的問題，在保證AUV精確導(dǎo)航所需求的精度和實(shí)時(shí)

6、性的前提下，本文提出了一種改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的濾波算法。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性處理信號(hào)，可以避開模式識(shí)別方法中建模與特征提取過程，從而減小因模型不確定與特征選擇不當(dāng)引起的誤差，并能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)識(shí)別，以提高系統(tǒng)性能。遺傳算法擅長(zhǎng)全局搜索，它可以在復(fù)雜的、多峰值、非線性及其不可微的空間實(shí)現(xiàn)全局搜索。但是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化過程中，我們發(fā)現(xiàn)常規(guī)遺傳算法又存在許多不足，如易早熟，算法穩(wěn)定性差，固定的交叉和變異概率影響收斂效果等。為了解決這些難題，本文從編碼方式、選擇操作、最優(yōu)個(gè)體保留、引入“移民’’機(jī)制、交叉和變異算子對(duì)遺傳

7、算法進(jìn)行改進(jìn)，并將改進(jìn)后的遺傳算法用來優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，最終把優(yōu)化的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)濾波算法用于AUV組合導(dǎo)航系統(tǒng)中。在“潛航一水面校正一潛航"的導(dǎo)航模式下分別將以上兩種濾波算法應(yīng)用于AUV組合導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的方法能較好的達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，二種濾波算法都提高了濾波的精度。并且改進(jìn)遺傳優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)濾波算法在保證精度和實(shí)時(shí)性的前提下，較擴(kuò)展卡爾曼濾波算法提高了濾波的可靠性，增強(qiáng)了濾波的實(shí)用性。關(guān)鍵詞：水下自主機(jī)器人；組合導(dǎo)航；擴(kuò)展卡爾曼濾波；遺傳算法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)nResearchonKeyTechnoIogyo

8、fAUVIntegratedNavigationSystemBasedonSINS／DVL／GPSAbstractAstheexplorationanddevelopmentofOCeanprogresses，thedemandofunderwatervehicle、析t11autonomousnavigationcapabilitiesisgrowing．Inthecomplexenvironme