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水下地形辅助导航方法研究

辛廷慧

  由于水下环境的非结构性、复杂性、不稳定性等特点,使得水下导航比较困难。惯性导航系统是实现水下导航的一种重要方法,但惯性导航存在累计误差,为了修正惯性导航的累积误差,提高导航精度,本文将飞机、导弹等所使用的地形辅助导航系统,应用到水下航行器上,成功地满足了自主水下航行器的导航需求。主要研究内容包括:一、总结分析了当前水下导航的常用方法和不足之处,指出基于航位推算的导航方法,存在着最大的问题就是导航误差的积累问题,如果没有修正系统,这种方法很难满足使用要求;其次指出基于声学的导航方法,造价昂贵,导航范围有限,难以满足自主水下航行器大范围导航的需求;二、总结了当前水下地形辅助导航的主要技术路线,一是基于地形高程的匹配方法,这是当前研究的重点;二是基于地形图像的匹配方法,由于缺乏良好的图像传感器,和可用的海底图像地图,目前这种方法还有待研究发展;三、将两种地形高程匹配的常用方法应用到自主水下航行器上:以相关算法为前提的地形轮廓匹配(TERCOM)方法和以卡尔曼滤波为基础的桑迪亚惯性地形辅助导航(SITAN)方法,前者算法简单可靠,但是导航精度不高,后者虽然精度比较高,但存在着算法较为复杂、有可能发散和出现奇异值等问题。四、在以上研究的基础上提出了几种改进的新方法,以提高导航的精度和可靠性。①采用并行SITAN方法来提高导航精度,并克服奇异值问题;②提出了TERCOM+SITAN方法,综合利用两者的优点,在保持SITAN导航精度的前提下,有效地克服了SITAN的两个缺点;③提出了一种基于连续蒙特卡洛滤波(常被称为Particle Filter)的地形匹配算法(PFTAN),有效地克服了利用SITAN时由于地形随机线性化带来的误差,使导航精度有较大的提高;④提出了TERCOM作为监视器的地形辅助导航思想,并将其应用到连续蒙特卡洛方法上,较大地增加了系统的可靠性和精度。……   
[关键词]:水下航行器;地形辅助导航;地形轮廓匹配;桑迪亚惯性地形辅助导航;卡尔曼滤波;惯性导航;连续蒙特卡洛滤波
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西北工业大学2004年
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