文档介绍：中国海洋大学
硕士学位论文
自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究
姓名:白丽
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:何波
20090601
自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究摘要由于传统的惯性导航系统很难满足自主式水下机器人木返己健定位的要求,仅靠提高惯性传感器的性能来提高的导航、定位精度是非常有限的。本文以实际科研项目为背景,对以捷联式惯性导航系统为核心,导航系统和8ㄖ己缴璞傅淖灾魇剿潞叫衅骷际踅辛搜芯浚实现了导航系统的仿真设计。主要工作有:首先分析了惯性导航系统和水下机器人的研究现状以及发展趋势。其次介绍了惯性导航系统的导航原理和基础理论,建立了晗堤逑担对萘9叩枷低辰辛讼晗傅牧ρП嗯拧H缓蠖越萘9咝缘己较低车奈蟛进行了详细的分析,建立了导航参数误差方程,并对捷联惯性导航系统的初始对准技术进行了讨论。最后对/疌组合导航进行了探讨,结合卡尔曼滤波技术,建立了组合导航系统的状态方程和观测方程。在环境下分别对捷联惯性导航系统设计和组合导航系统设计进行了仿真,仿真结果表明,/疌组合导航对误差随时间不断加大的现象起到了较好的抑制作用,适合な奔浜叫泻蟾〕鏊娼械己叫拚那榭觥关键词:唤萘9叩迹怀跏级宰迹豢ǘ瞬ǎ蛔楹系己
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他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得——囟矶饭弋睁签字日劬勺年易月岁日签字日期密叫年隆軪独创声学位论文版权使用授权书明一..垫遗直基丝益要挂别直跑鲍:奎拦亘窒】或其他教育机构的学位或证书本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构缰泄蒲Ъ际跣畔⒀芯克送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ学位论文作者毕业后去向:工作单位:电话:学位论文作者签名:通讯地址:导师签字:邮编:
本课题研究的目的和意义国内外研究现状与发展趋势海洋拥有亿立方公里的体积,占地球表面积的%,蕴藏着极其丰富的生物资源和矿产资源。研究和合理开发海洋,对人类的经济和社会发展具有重要的意义【。由于人类通向深海之路极其艰难,导致人类关于深邃海底的知识却远不及宇宙星球的多。因此对洋底的探测具有极强的吸引力、挑战性。水下机器人的发展经历了载人潜器,有缆遥控水下机器人,和自主式水下运载体殖莆N蘩虑彼鱮珹鼋锥巍舸砹宋蠢此禄魅朔⒄沟姆较颍当前世界各国研究工作的热点【。对于很多需要导航能力的水下航行器来说,往往需要满足两个相互矛盾的要求,即高精度和低成本。目前,惯性导航系统已发展的较为成熟,但在满足远程、长时间航行以及高精度要求时还存在一定差距。惯性导航系统的特点是它所提供的位置估算精度会随时间而漂移,虽然采用更精确的敏感器可以提高精度,但是惯性导航系统的成本会变得非常昂贵,并且提高的精度也是非常有限的。我们可以利用与其性质互补的导航设备,通过组合导航的方式来提高Ⅳ的整体导航精度和导航性能。组合导航系统是由捷联惯导系统和其它导航辅助设备纾褪致夼相结合组成,在组合导航系统中,由一个或多个惯性导航系统的输出信号与源自一个或几个外部源相同量的独立测量值进行比较,然后根据这些测量值的差推算出对惯性导航系统的修正,从而获得比单独使用惯性系统获得更高的导航精度。水下航行器是以捷联惯导系统Ⅸ琒为核心【浚ㄖ蛭佬嵌ㄎ幌低、角度测量装置茸槌勺楹导航系统,采用卡尔曼滤波技术完成系统导航定位。因此,捷联惯性导航技术的研究在提高水下航行器导航精度中具有举足轻重的作用。自主式水下机器人的导航系统设计及算法研究
.咝缘己较低车母攀黾把芯肯肿惯性导航墙⒃谂6倬淞ρФɡ碇希且恢肿主式的导航方法,它利用陀螺仪、加速度计等惯性传感器测量水下航行器在运动过程中的角速度和加速度,和外界不发生任何光、电联系,完全依靠航行器本身所载设备自主地完成导航任务,具有非常好的隐蔽性,并且工作不受气象条件的限制。正式由于惯性导航同时具备这些独特的优点】,使得其成为水下航行器不从结构上可以将惯性导航系统分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。平台式惯导系统是将加速度计安装在稳定平台上,稳定平台由陀螺仪控制并且始终跟踪要求的导航坐标系,其缺点是结构复杂、重量重、体积大、可靠性差。捷联式惯导系统是把陀螺仪和加速度计直接固连在载体上,陀螺仪输出用来解算姿态矩阵,加速度计输出经姿态变换至导航坐标系,这相当