基于先验地形数据处理的水下潜器地形辅助导航方法研究

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1、哈尔滨T程大学硕士学位论文摘要水下潜器主要使用INS来进行导航，INS不可避免的存在累积性误差，大多数潜器在航行一段时间后不得不浮到水面接收GPS信号来修正INS误差，从工作效率、可靠性和隐蔽性的角度看这种修正方法存在较大缺陷。利用水下地形高度信息为惯导系统提供修正是一种很好的方式，它使用测深声纳测量距海底距离，加上潜器惯导系统给出的潜深得出实测水深，把实测水深与先验地形图进行匹配得出状态的最佳估计值，用以修正惯导误差。本文对比了水下潜器地形辅助导航与飞行器地形辅助导航的不同，相对于陆上地形导航，水下地形导航在匹配算法具有自己的特殊性，这是本文的研究重点。本文使用求解偏微分方程

2、的插值技术来估算任意点高程值，避免了地形线性化处理存在拟合区域大小随意、误差大的弊端。针对传统自然单元插值算法存在计算冗余、不利于实时处理的问题，提出快速自然邻点插值法(阶JNI)，在寻找自然邻点和计算形函数两方面对原算法作出改进，试验表明插值结果稳定、精确度高，时间复杂度降低，能满足实时计算的要求。选择多波束声纳作为测量传感器，与传统的测量传感器单波束声纳相比它具有无可比拟的优势。地形匹配是状态方程和观测方程都是非线性的状态估计问题，采用概率准则的非线性状态估计方法处理地形匹配问题在理论上具有优势。基于长时间连续滤波的地形匹配方法不适合水下环境和潜器的特点，选择基于概率准则的

3、极大似然估计方法作为水下潜器地形定位的方法，通过数学推导和仿真试验证明了它的合理性。关键词：水下地形辅助导航；地形数据处理；自然邻点插值；多波束声纳；极大似然估计哈尔滨工程大学硕十学位论文ABSTRACTMostunderwatervehiclesnavigationsystemsarebasedonaccuratelOWdriftinertialsystem(INs)designedtosustainsubmergedoperationforlongperiodoftime．RegardlessofvelocityaidingsensorandINSquality,thepo

4、sitionaccuracydecreasenecessitatingpositionupdates．WhenGPSsurfacefixesarenotallowedduetoefficiencyandcover缸1ess，terrainaidednavigation(TAN)isawellsuitedmethodforsubmergedpositionupdates．Inthismethod,distancetoseabottomgetbybathymetricsonarisaddedwiththedepthfromthesealevelgivenbypressurescns

5、ortogetthewaterdepth，whichismatchedwithpriorterrainmaptoestimatepositionofthevehicle，tocorrectINSpositionalerror．TerrainElevationMatching(TEVDstrategyisoneofthekeytechniquesinTAN，anduptonow,manyTEMhavebeendevelopedforaircraftonland,wellthereisra．respecialTEMforunderwatervehicles．ComparedtoTA

6、Nforaircrafts，therearesomeparticularitiesofTANforunderwatervehicle，therefore，studyingprobableTEMalgorithmwithhighapplicabilityforunderwatervehicleshasbecomeanimportantresearchtopic，whichisconcernedinthispaper．Traditionalterrainlinearizationmethodscauseabvious1inearizationerror,inthispaperint

7、erpolationtechnique，asolutionforsovlingpartialdifferentialequations口DEs)，isusedtotakeplacelinearizationmethod．Natureneighborinterpolation(NNDhasgoodcapabilityhoweverthecomputationtimeislong,s0fastnatureneighborInterpolation(n咐Disproposed．Intwoaspec