水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究硕士研究生：袁铭啸指导教师：庞硕教授企业导师：李明波高级工程师工程领域：船舶与海洋工程论文主审人：李晔教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：专业硕士学位论文（工程硕士）水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究硕士研究生：袁铭啸指导教师：庞硕教授学位级别：工程硕士工程领域：船舶与海洋工程所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年5月2日论文答辩日期：2018年6月7日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationf

2、ortheProfessionalDegreeofMaster(MasterofEngineering)FusionLocalizationMethodBasedonSingleBeaconandMulti-SensorsCandidate:YuanMingxiaoSupervisor:Prof.PangShuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:NavalArchitectureandOceanEngineeringDateofSubmission:May.2,2018DateofOralExam

3、ination:June.7,2018University: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

4、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□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：年月日年月日水声单信标测距与多源信息融合定位技术研究摘要近年来随着人类对海洋探

5、测活动的不断增多，为AUV（AutonomousUnderwaterVehicle，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

6、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。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。（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。（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

7、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。（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；卡尔曼滤波；粒子滤波；数据融合i哈尔滨工程大学硕士学位论文ii水声单信标测距