auv水下地形匹配辅助导航技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文AUV水下地形匹配辅助导航技术研究博士研究生：陈小龙指导教师：庞永杰教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造哈尔滨工程大学2012年12月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文AUV水下地形匹配辅助导航技术研究博士研究生：陈小龙指导教师：庞永杰教授学位级别：工学博士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2012年12月论文答辩日期：2013年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertatio

2、nfortheDegreeofD.EngAStudyonUnderwaterTerrainMatchingAidedNavigationTechnologyofAUVCandidate:CHENXiaolongSupervisor:Prof.PANGYongjieAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringDesignandConstructionofNavalArchitectureSpecialty:andOceanStructureDateofSubmission:Dec.

3、15,2012DateofOralExamination:Mar.15,2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日

4、期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□

5、解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日AUV水下地形匹配辅助导航技术研究摘要水下地形匹配导航是利用地形匹配技术来实现水下精确定位的自主、全天候的导航方式，对于水下航行器长时间水下航行时的精确定位具有重要的作用。本文以AUV长航时的水下精确导航定位为背景，利用多波束测深仪作为水下地形测量手段，结合真实海上试验数据对水下地形匹配导航定位方法进行了深入的研究。论文的主要成果和工作有：（1）研究了水下地形匹配导航的原理、模型以及适用的方法。从理论上探讨了水下地形匹配导航

6、系统的组成，将其分为基本导航单元、水深测量单元以及地形匹配单元三个部分，并以此分析了水下地形匹配导航的原理。分析了水下地形匹配导航的模型，包括状态空间模型以及数字地形模型，由此导出了影响水下地形匹配导航定位性能的因素。在比较了陆地地形匹配导航与水下地形匹配导航的区别基础上，探讨了利用多波束测深进行水下地形匹配导航的优势，并从理论上分析了适用于多波束测深进行水下地形匹配导航的方法。（2）研究了局部高精度水下数字地形建模方法。详细介绍了多波束测深系统的组成以及原理，给出了本文中使用到的多波束测深系统的具体参数。在此基础上，分析

7、了多波束测深数据后处理原理，并给出了多波束测深数据后处理的流程。针对多波束测深数据的滤波问题，提出了基于动态聚类的单声脉冲(ping)测深数据滤波方法。对滤波后的多波束测深数据进行了空间归位和网格化处理，建立了基于多波束测深的局部高精度数字地形图。（3）研究了实时水下地形特征的提取和匹配单元的构建方法。建立了单波束和多波束测深下的实时海底地形匹配模型，构建了一种多测点下的自适应地形特征的波束选择模式。为了进行地形的插值重构，在分析地形插值模型的基础上，利用分形原理对线性插值进行补偿，提出了一种基于分形补偿的双线性插值方法，

8、对地形特征具有良好的适应能力。为了提高地形的插值精度和效率，提出了一种基于索引的快速插值策略。（4）研究了基于相关性的地形匹配定位方法。在相关性原理的基础上，利用多波束测深下的面地形特征，提出了一种基于极大似然估计的水下地形匹配定位方法。建立了极大似然估计的水下地形匹配导航模型。针对地形匹配中的伪波峰问