基于非线性滤波的AUV协同导航方法研究

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1、分类号：___________密级：___________UDC：___________编号：___________工学硕士学位论文基于非线性滤波的AUV协同导航方法研究硕士研究生：张滋指导教师：李宁副教授学科、专业：控制科学与工程论文主审人：张勇刚教授哈尔滨工程大学2018年1月分类号：___________密级：___________UDC：___________编号：___________工学硕士学位论文基于非线性滤波的AUV协同导航方法研究硕士研究生：张滋指导教师：李宁副教授学位级别：工学硕士学科、

2、专业：控制科学与工程所在单位：自动化学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex：U.D.C：ADissertationfortheDegreeofM.EngAUVCooperativeNavigationMethodBasedonNonlinearFilteringCandidate:ZhangZiSupervisor:Prof.LiNingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSp

3、ecialty:ControlScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan,2018DateofOralExamination:Mar,2018University: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

4、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

5、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□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：年月日年月日基于非线性滤波的AUV协同导航方法研究摘要自主水下航行器(Autonomousunderwatervehicles,AUV)是人类开发海洋环境的重要工具，随着探索活动的深入，应用单体航行器执行任务已经不能满足实际要求。多水下航行器协同作业依靠其强大的优势而受到越来越多的重视。受

6、限于复杂多变的水下环境，多水下航行器高精度导航问题是航行器协同作业系统亟待解决的首要问题。本文以此为研究背景，应用非线性滤波方法，充分考虑水下受限条件，深入研究了自主水下航行器协同导航技术。首先，本文分析了AUV协同导航算法面临的技术挑战，并根据高精度协同导航的受限条件提出了合理的协同导航方案，主要包括对多AUV协同导航系统建模、对系统模型的可观测性进行分析、确定AUV协同导航结构、通信方式等，为下文中的AUV协同导航技术研究打下基础。然后，本文研究了基于分布式非线性卡尔曼滤波的AUV协同导航方法。针对集中

7、式处理方式无法实时在线处理、计算量庞大、容错能力差等缺点，提出了基于分布式结构的AUV导航方法。在通信理想条件下，针对AUV非线性系统，提出了基于扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波的协同导航方法，并对两种方法进行了仿真对比分析。接着，本文深入探索了基于分布式非线性信息滤波的AUV协同导航方法。考虑到在水下复杂环境下协同导航面临的严重的时延、通信带宽受限等问题，本文利用信息滤波方法在分布式结构中的诸多特有的优点，提出了基于分布式非线性信息滤波的AUV协同导航方法。首先详细推导了扩展信息滤波以及无迹信息滤波方法，然

8、后以此为基础，给出了基于扩展信息滤波以及无迹信息滤波的AUV协同导航算法的关键步骤。该方法利用信息滤波结构简单、容易解耦的优势，将高精度AUV的关键历史信息保留在信息向量与信息矩阵中，在信息传递时将关键历史信息进行信息差量传递。该方法充分考虑了通信延时问题，最大限度上缓解了信道带宽限制问题，并且在低精度AUV滤波算法中跟踪主、从AUV的信息相关性，符合协同导航实际应用条件。之后，以基于分布式扩展信息滤波和无迹信息