水下機器人地磁輔助導航算法研究.pdf

1、慣性導航系統(tǒng)(Inertial navigation system，INS)能夠在全天候條件下，自主、隱蔽地進行連續(xù)三維空間定位和三維空間定向，為載體提供連續(xù)、實時的導航參數(shù)，在短時間內(nèi)具有較高的導航精度。但是慣性導航系統(tǒng)的導航誤差會隨時間累積發(fā)散，在長時間導航過程中精度會降低，需要通過有效的輔助導航手段進行修正。地磁場是地球自身的固有場，而且是一個矢量場，地球空間上的任意一點都會有一個與其唯一對應的地磁矢量值。因此將地磁場作為輔助慣性

2、導航系統(tǒng)的研究對象，具有理論意義和實際應用價值。
　　現(xiàn)階段，水下地磁輔助導航存在一些重要的技術難點如：水下機器人(Remote Operated Vehicle，ROV)磁干擾場的補償、區(qū)域的地磁場模型、導航區(qū)域的地磁圖適配性評價以及地磁匹配算法等。本論文針對上述問題展開研究，研究工作主要集中在以下幾個方面：
　　ROV載體磁干擾的補償算法研究。根據(jù)載體產(chǎn)生的磁干擾場的特點以及在航行中的主要姿態(tài)特征，提出一種基于載體旋轉(zhuǎn)測

3、量的磁干擾補償算法。傳統(tǒng)的磁補償方法主要是構(gòu)建磁干擾場模型，求解模型參數(shù)。然而傳統(tǒng)方法計算復雜，同時需要學習航行，在學習航行中會存在載體姿態(tài)的耦合現(xiàn)象，會導致參數(shù)求解容易陷入奇異，使得參數(shù)求解變得非常困難，補償精度不容易控制。本文采用載體旋轉(zhuǎn)代替載體的學習航行，簡化模型的學習過程。在ROV載體旋轉(zhuǎn)過程中得到磁干擾場與旋轉(zhuǎn)角度的關系，建立對應的補償模型。在航行過程中，利用該補償模型對載體產(chǎn)生的磁干擾場進行實時補償，提高補償效率。
　

4、　區(qū)域地磁圖構(gòu)建及地磁圖適配性評價算法研究。高精度地磁圖是進行地磁輔助導航的前提條件。針對區(qū)域地磁圖構(gòu)建問題，在分析和總結(jié)現(xiàn)有區(qū)域地磁場模型的基礎上，采用泰勒多項式地磁場模型構(gòu)建了高精度區(qū)域地磁圖，給出了模型的最優(yōu)截止階數(shù)和減小邊緣效應的措施。地磁信息豐富的區(qū)域有利于INS導航誤差的修正。針對區(qū)域地磁圖適配性評價問題，本文基于多屬性決策思想采用主成分分析法提取多個主要的地磁特征值，對區(qū)域適配性進行綜合評價。該算法解決了采用單一特征值評價

5、不全面的缺陷，且具有求解過程簡單、易于應用等優(yōu)點。仿真結(jié)果表明：采用主成分分析法獲得的地磁圖適配性評價值與該區(qū)域的匹配概率有較好的一致性。
　　地磁匹配算法研究?；贖ausdorff距離的MAGCOM算法在無旋轉(zhuǎn)偏差時精度高，且抗干擾能力強。采用角度限差的ICCP算法對旋轉(zhuǎn)偏差的處理十分有效，但計算費時。本文對兩種算法進行組合優(yōu)化，采用誤差橢圓減少組合算法區(qū)域搜索的耗時，采用移位寄存器提高算法的實時性。此外，本文還研究了候選區(qū)域