检索结果-内蒙古大学图书馆

导航定位学报 2024年第6期12卷 20-26页

作者：张治豪王振杰张世美王轲中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院山东青岛266580

针对在单信标定位过程中,虚拟信标阵列之间近似共线或共面会导致定位模型产生病态结果的问题,提出一种基于重心迭代法的单信标定位方法:构建水下单信标定位模型,分析模型病态的产生机理;然后,根据非线性正交条件方程,推导非线性重心迭... 详细信息

针对在单信标定位过程中,虚拟信标阵列之间近似共线或共面会导致定位模型产生病态结果的问题,提出一种基于重心迭代法的单信标定位方法:构建水下单信标定位模型,分析模型病态的产生机理;然后,根据非线性正交条件方程,推导非线性重心迭代方法理论公式,发现单信标定位模型参数解仍满足非线性测距方程最小二乘解的性质。实验结果表明:该算法在高斯牛顿法因病态问题导致解算过程不稳定,甚至无法收敛而失效时,仍能快速且稳定地收敛到预期解。

关键词：单信标定位病态问题虚拟信标重心迭代法

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基于概率图模型的单信标定位算法研究

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声学技术 2023年第1期42卷 12-18页

作者：孙大军欧阳雨洁张居成韩云峰张爱国崔金花哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨150000 哈尔滨工程大学青岛船舶科技有限公司山东青岛266000

随着人类对海洋认识的逐步深入,水下目标的位置信息成为了一种不可或缺的水下信息源,传统的水下定位方法已经不能满足不同场景的应用需求。无论是在测量信息多元化时的多元信息融合定位,还是测量信息不足时的时域信息联合定位时均存在... 详细信息

随着人类对海洋认识的逐步深入,水下目标的位置信息成为了一种不可或缺的水下信息源,传统的水下定位方法已经不能满足不同场景的应用需求。无论是在测量信息多元化时的多元信息融合定位,还是测量信息不足时的时域信息联合定位时均存在局限性。为此文章提出了基于概率图模型的单信标定位算法,在信标稀疏或者信标通信信息缺失的情况下,通过联合目标时域上其他位置时刻的所有量测信息,从而实现目标定位。此外文章还分析了模型分辨率和测距误差对定位结果的影响,并通过湖试验证概率图方法的有效性,证明其能够在传统定位方法无法使用的单信标的定位跟踪过程中,估计出每一时刻目标的位置,描述目标的运动轨迹。平均定位精度达到1.203 5 m。

关键词：概率图模型和积算法单信标定位信息融合

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基于改进扩展卡尔曼滤波的AUV单信标定位研究

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舰船电子对抗 2023年第2期46卷 72-78页

作者：陈允锋陶健龙海军装备部驻上海地区第九军事代表室上海201206 上海交通大学上海200240

为提高标准扩展卡尔曼滤波算法在自主水下航行器(AUV)单信标定位应用中的精确度,提出融合遗忘因子和多新息的改进扩展卡尔曼滤波算法。首先,建立单信标导航4状态量-3观测量状态空间方程;然后,在AUV位置解算时,以多新息取代标准扩展卡尔... 详细信息

为提高标准扩展卡尔曼滤波算法在自主水下航行器(AUV)单信标定位应用中的精确度,提出融合遗忘因子和多新息的改进扩展卡尔曼滤波算法。首先,建立单信标导航4状态量-3观测量状态空间方程;然后,在AUV位置解算时,以多新息取代标准扩展卡尔曼滤波(EKF)中的单新息,从利用当前时刻数据转为借助多个历史时刻数据更新。在此基础上,引入遗忘因子削弱历史数据误差累积,防止数据饱和现象,实现AUV位置状态的准确估计。仿真结果表明,改进算法的定位准确性和稳定性显著提升,相比于标准扩展卡尔曼滤波算法,最大定位误差减少了2.352 2 m,定位误差平均值减少了0.856 4 m。

关键词：自主水下航行器单信标定位扩展卡尔曼滤波多新息

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基于无迹卡尔曼滤波的水下单信标定位

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中国海洋平台 2020年第1期35卷 55-57,74页

作者：郑莹中国大洋矿产资源研究开发协会办公室北京100860

在一种基于单距离测量的水下动态定位模型的基础上,应用无迹卡尔曼滤波算法进行水下位置估计。通过水下定位方法仿真,对比使用扩展卡尔曼滤波与无迹卡尔曼滤波的水下动态定位精度。结果显示:从状态估计误差收敛速度角度进行评估,两者相... 详细信息

在一种基于单距离测量的水下动态定位模型的基础上,应用无迹卡尔曼滤波算法进行水下位置估计。通过水下定位方法仿真,对比使用扩展卡尔曼滤波与无迹卡尔曼滤波的水下动态定位精度。结果显示:从状态估计误差收敛速度角度进行评估,两者相差不大;从稳态水下位置估计误差角度进行评估,无迹卡尔曼滤波拥有更好的定位精度。

关键词：单信标定位无迹卡尔曼滤波定位模型

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基于单信标的水声定位信号设计及捕获算法研究

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中国科技论文 2015年第14期10卷 1622-1625页

作者：周琳迟书凯中国海洋大学工程学院山东青岛261000

基于单信标水声定位方法,提出了线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号和扩频码组合的新型信号的设计方案,并针对LMF信号提出了基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的信道估计和检测算法。结果表明,所提... 详细信息

基于单信标水声定位方法,提出了线性调频(linear frequency modulation,LFM)信号和扩频码组合的新型信号的设计方案,并针对LMF信号提出了基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform,FRFT)的信道估计和检测算法。结果表明,所提出的信号设计方案结构简单,检测方法直接有效,可直接确定多途径数,能量在最佳阶数时聚集,抗噪性良好,且利用调频斜率不变的性质,对接收信号无需再进行一维或二维搜索,较大降低了计算量。

关键词：水声定位单信标定位信号设计分数阶傅里叶变换

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单信标辅助的水下定位技术研究

单信标辅助的水下定位技术研究

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作者：赵惠锋哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近些年,水下研究不断深入,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的应用也越来越广泛,AUV定位技术也不断发展。传统的定位技术都各有优缺点,而与其他定位系统相比,单信标定位系统具有隐蔽性强和节省标定回收成本的优点,为... 详细信息

近些年,水下研究不断深入,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的应用也越来越广泛,AUV定位技术也不断发展。传统的定位技术都各有优缺点,而与其他定位系统相比,单信标定位系统具有隐蔽性强和节省标定回收成本的优点,为AUV定位提供了新的解决方案,所以本文以单信标辅助的水下定位技术为研究方向。单信标定位系统的基本原理是AUV利用单次测距信息和自身的速度信息解算出当前的位置信息。由此本文按照系统可观测性分析,初值解算问题和定位算法的顺序展开研究。单信标定位系统相比于传统定位系统由于量测信息少,在实际工作中可能出现无法观测的情况,影响定位算法的精度,所以本文首先对于研究的场景进行了可观测性分析。利用可观测矩阵和可观测度两种手段分别从定性和定量的角度分析了本文研究的单AUV和AUV集群两种场景下的可观测性。本文接着研究如何利用单信标辅助定位AUV。单信标定位系统中定位算法需要依赖前一时刻的位置信息,所以初始位置是无法利用定位算法求解,为了解决初始位置解算问题,本文提出多假设初始位置判别方法,并通过仿真和实测数据证明了提出的方法能够有效的估计出单信标定位系统的初始位置。在获得初始位置的基础上,当定位系统中只有一个AUV时,AUV接收的信息只有与单信标之间的单次测距信息和由自身传感器得到的速度信息。为了解决单AUV的定位问题,本文提出基于自适应网络模糊推理系统改进扩展卡尔曼滤波的单信标定位方法,并且通过实测数据验证了提出的方法能够实现单AUV的高精度定位。在单信标辅助单AUV定位场景中,为了加快单信标定位系统定位算法的运行速度,本文提出了扩展信息滤波算法,并且通过实测数据证明了提出的方法在保持AUV的定位精度的基础上可以减少系统运算时间。当定位系统中包含多个AUV时,单信标同样能够提供定位辅助。AUV集群中包括主AUV和从AUV。从AUV速度信息精度较低所以需要依靠AUV间的协同定位和单信标测距信息来定位。为了解决AUV集群中从AUV的定位问题,本文提出基于因子图和容积卡尔曼滤波的协同定位方法,并且分别通过仿真和实测数据证明了提出的算法不仅能提升从AUV的定位精度而且能够维持系统的鲁棒性。在此基础上,为了解决长时间作业过程中,AUV的深度不断变化导致出现多普勒测速仪提供的速度信息一段时间内不准确的问题,本文提出基于距离信息求解判断的协同定位方法,并通过仿真实验证明了提出的方法在这种情况下能够有效的解算出从AUV的位置信息。

关键词：单信标定位协同定位卡尔曼滤波

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水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究

水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究

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作者：袁铭啸哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近年来随着人类对海洋探测活动的不断增多，为AUV(Autonomous Underwater Vehicle，智能水下机器人)提供长时间高精度的定位服务成为了其完成长航程大潜深的任务的关键。惯性导航由于其工作原理在工作中不断积累定位误差，无法为全海深... 详细信息

近年来随着人类对海洋探测活动的不断增多，为AUV(Autonomous Underwater Vehicle，智能水下机器人)提供长时间高精度的定位服务成为了其完成长航程大潜深的任务的关键。惯性导航由于其工作原理在工作中不断积累定位误差，无法为全海深AUV提供长时间的精确位置信息。传统长基线定位需要在水下布放并标定至少三个水声应答器，深海应用时过长的布放和标定时间严重缩短了全海深AUV的有效作业时间。短基线系统受制于基线长度无法安装在全海深AUV上。超短基线系统的定位精度随斜距的增加而不断下降，全海深应用时无法满足AUV大范围机动航行定位精度要求。单信标定位技术利用声学测距与AUV自身导航信息融合为AUV提供辅助定位支持，相比于纯惯性导航系统和传统声学导航系统，其具有系统准备时间短、定位精度高、无积累定位误差的优势。\n 单信标定位技术以特定航迹的AUV与单一声信标间的多组距离信息为基础，通过几何关系换算得到AUV的位置信息。通过将定位信息与惯性导航系统融合获得更高精度的位置信息，为AUV深海作业提供基础。本文的工作针对全海深AUV单信标定位系统的实现进行。\n (1)首先，阐述了单信标定位的原理，针对全海深AUV作业工况，选定AUV与信标间的测距方法，给出了直线航迹下单信标定位解算方法，对单信标定位系统的能观性进行了分析。\n (2)其次，基于卡尔曼滤波算法建立单信标定位与惯性导航的定位数据融合模型，对以定位数据作为基础的数据融合方法进行仿真实验;针对全海深AUV传感器的直接观测值，基于扩展卡尔曼滤波算法建立了测距值与惯性导航定位数据为基础的数据融合模型，并进行仿真实验。\n (3)最后，考虑全海深AUV的实际工况，信标与AUV间的测距距离的误差模型不为纯高斯噪声模型，故基于粒子滤波算法建立测距值与惯性导航定位数据为基础的数据融合模型，并进行了仿真实验。

关键词：水下机器人单信标定位数据融合测距精度

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基于单信标测距的极地AUV冰下导航方法研究

基于单信标测距的极地AUV冰下导航方法研究

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作者：田瑞菊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

北极地区蕴藏着巨大的经济价值和重要的军事战略价值,针对北极地区大范围、大深度的探测需求,AUV逐渐发展成为极地科考探测的重要工具。极地复杂的冰面环境对AUV的正常作业以及高效回收有极大的制约,导航定位技术是AUV在极地高危险水域... 详细信息

北极地区蕴藏着巨大的经济价值和重要的军事战略价值,针对北极地区大范围、大深度的探测需求,AUV逐渐发展成为极地科考探测的重要工具。极地复杂的冰面环境对AUV的正常作业以及高效回收有极大的制约,导航定位技术是AUV在极地高危险水域完成可靠作业与回收的关键。目前,极地AUV冰下大范围精确导航主要依赖长基线水声学定位系统,长基线水声定位系统具有定位精度高、工作范围大的特点,但系统工作周期长,定位数据反馈速率低,无法满足极地AUV可靠回收导引对位置反馈实时性的要求。相比之下,水下单信标定位方法因具有实时性高的优点在极地AUV回收导引上极具应用前景。本文介绍了长基线水声定位方案和系统模型,在不改变长基线系统使用方式的前提下,探索了水下单信标定位方法在极地AUV冰下导航中应用。首先,论文介绍了基于长基线水声定位的极地AUV冰下导航方案和工作模式,介绍了长基线水声定位的基本原理,分析了AUV运动对长基线定位精度的影响,为后续的对比研究奠定了数据基础。其次,针对极地AUV导航需要较高实时性的需求,基于现有的长基线水声定位系统配置,将水下单信标定位方法引入极地AUV冰下导航,建立了水下单信标定位系统模型,针对直接应用水下单信标方法定位精度低的问题,提出了融合长基线定位和单信标定位的极地AUV导航方法,并进行了数值验证。此外,针对极地海冰的移动速度影响AUV导航精度的问题,提出了考虑海冰移动的水下单信标定位方法,通过将海冰的移动速度作为状态变量进行估计,建立考虑海冰移动条件下的单信标定位模型,并对定位性能进行了仿真分析,结果表明,考虑海冰移动的水下单信标方法可以有效减小极地海冰移动引起的定位误差。最后,针对未知极区声速引入的水下单信标定位误差来问题,研究了基于冰面测距浮标未知有效声速条件的极地AUV的冰下导航方法,把有效声速作为状态变量进行估计,建立了考虑未知声速的水下单信标定位模型,仿真结果表明,考虑未知有效声速的水下单信标模型能进一步提升极地AUV的定位精度。

关键词：极地AUV 长基线水声定位系统单信标定位海冰速度有效声速

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