多AUV协同作业中的互定位方法研究

论文摘要

无人潜航器(AUV)系统是未来海洋探测和开发,完成各种水下智能作业任务的重要工具。作为AUV技术的一个重要发展方向,多AUV协同作业技术已经成为当前研究的热点。多AUV系统在协同作业中,每个个体承担各自的职责,研究多AUV系统对其水下AUV的定位技术是多AUV协同作业中的重要部分。本文提出一种基于伪点迹的多AUV系统互定位方法,通过测距声呐获取各AUV之间的距离,计算水下工作AUV的位置。在一个多AUV系统中,根据职责需要,划分测量AUV、计算AUV和工作AUV,并建立职责轮换机制,以满足每个AUV需要在任务过程中补充能源的需要。多AUV编队中由声学通讯经过几何解算实现对工作AUV的位置确认。本文讨论了多AUV系统对水下AUV定位的基本原理,多AUV系统的控制系统体系结构以及在不同条件下多AUV系统对工作AUV定位的过程。首先,建立AUV固定和运动坐标系,建立了互定位方法的基本的数学模型;根据互定位特点确定了基于伪点迹的航迹融合方法;根据海洋环境的特点,建立了海流模型和海浪模型。其次,介绍了多AUV系统的基本控制系统体系结构,明确了在一个多AUV系统中各个AUV角色关系和角色变换;介绍了多AUV系统时钟同步原理及必要性;介绍了多AUV系统的通讯规则和通信过程。再次,研究了在测量AUV静止的条件下,多AUV系统对其水下AUV在定深和变深两种航行状态下的定位过程,通过案例分析定位误差,给出了对定位结果的检验方法,讨论了在多AUV系统中AUV在不同位置关系下定位效果的优劣。最后,研究了在测量AUV运动状态下,多AUV系统对其水下AUV定位的过程。分析了多AUV系统对定速航行的水下AUV的定位过程,多AUV系统对变速航行的水下AUV的定位过程,以及在海浪海流干扰下多AUV系统对水下AUV的定位效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 水下定位技术研究概况
• 1.3 多AUV系统研究现状
• 1.4 本文的主要研究方法
• 第2章 基于伪点迹航迹融合的AUV定位方法
• 2.1 引言
• 2.2 利用伪点迹方法定位水下AUV的过程
• 2.2.1 伪点迹的数据融合的基本原理
• 2.2.2 水声声波测距原理
• 2.2.3 加入深度信息的两点定位法
• 2.2.4 速度补偿
• 2.3 坐标系的建立和变换
• 2.3.1 固定坐标系
• 2.3.2 运动坐标系
• 2.3.3 坐标系的变换
• 2.4 海洋环境干扰模型
• 2.4.1 海流干扰模型
• 2.4.2 海浪干扰模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 多AUV系统的控制体系结构和通信
• 3.1 引言
• 3.2 多AUV控制体系系统结构
• 3.3 时钟同步
• 3.4 通信和通信规则
• 3.4.1 多AUV通信环境
• 3.4.2 多AUV系统通信方式
• 3.5 本章小结
• 第4章 静态参考基准下的AUV定位
• 4.1 引言
• 4.2 AUV定深航行定位
• 4.2.1 问题的描述
• 4.2.2 AUV定深航行定位过程
• 4.2.3 AUV定深航行定位过程
• 4.3 AUV变深航行定位
• 4.3.1 问题的描述
• 4.3.2 深度动态模型
• 4.3.3 仿真实例一
• 4.3.4 仿真实例二
• 4.4 本章小结
• 第五章 动态参考基准下的AUV定位
• 5.1 引言
• 5.2 无环境干扰下的AUV定位
• 5.2.1 问题的描述
• 5.2.2 动态参考基准下的AUV定位过程
• 5.2.3 仿真实例
• 5.3 海流海浪干扰下的AUV定位
• 5.3.1 问题的描述
• 5.3.2 海浪和海流对多AUV系统定位水下AUV的干扰
• 5.3.3 仿真实例
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢