基于改进的无迹卡尔曼滤波长基线定位算法研究

在复杂的水环境中,自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)运用声学导航系统实现自主导航并确保精确定位。针对水声环境中由于外部噪声带来的定位精度损失问题,提出一种改进的无迹卡尔曼滤波(Adapt Unscented Kalman Filter, AUKF)长基线定位算法。该算法在无迹卡尔曼算法(UKF)的基础上引入遗忘因子,充分利用新的测量数据动态调整测量协方差矩阵和过程协方差矩阵,有效避免因长期运行带来的累计误差。实验结果显示,当AUV沿两种不同轨迹运行时,AUKF算法的均方根误差最低,分别为2.901 1、19.221 5。该算法定位精度高,适用于长时间工作的高精度水下定位。

基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法

为辨识多信标长基线定位系统误差,及提高定位精度,针对目标安装多个信标且目标体积不可忽略的情况,构建了多信标体制的长基线水下定位模型。进一步针对测元系统误差中包含的声速误差、时延误差,在多信标体制定位模型的基础上,构建了多类系统误差辨识模型,并结合水下目标定位过程,计算时延残差,构建模型最优检验统计量,给出了系统误差模型的最优选择准则,实现水下目标位置参数和系统误差参数的有效估计。仿真结果表明,该模型最优选择准则可以有效选择合适的系统误差辨识模型,提高长基线水下目标的定位精度。提出的基于最优模型选择的多信标长基线定位系统误差辨识方法可为水下目标定位试验提供理论支撑和有效参考。

以深拖作业为例对比超短基线定位与惯性组合导航定位

本文介绍了TeledyneBenthosTTV-301深拖系统、SonardyneRange2超短基线定位系统、PHINS6000惯性组合导航系统的构成和海上作业模式,以深拖系统为载体,拖体上搭载超短基线定位系统和惯性组合导航系统,在南海某海域3870m深海区执行近海底高精度探测,对同一载体同一时间获取的定位数据进行对比分析,阐述两种定位方式的技术特点及区别,为深海调查作业中定位技术的选择与应用提供参考。

一种水下体目标高精度长基线定位方法

水下体目标几何尺度大、运动姿态未知等因素,会导致传统长基线定位模型失配。该文针对此问题,通过体目标姿态、位置联合估计,消除模型误差,实现体目标几何中心的归算,得到了一种水下体目标的长基线高精度定位方法。理论分析及数值仿真结果表明,体目标半径大尺度下模型误差不可忽略,在体目标半径5 m,测距精度0.2 m的条件下,较传统长基线定位方法,将垂直定位精度从32 m提升至0.5 m,实现亚米级精度定位。

应答器未校准情况下的水下长基线定位方法研究

针对应答器未校准情况下的水下长基线定位问题,提出了基于无迹卡尔曼滤波的同步定位与地图创建方法。应用随机地图技术,将自主水下航行器的位置坐标和应答器的位置坐标组成增广状态矢量,以到应答器的距离为测量值,用无迹卡尔曼滤波进行求解。该方法是一种实时在线算法,充分利用了速度和航向信息,克服了非线性方程方法存在的状态矢量维数高、求解易发散的问题,并且对水下航行器的运动方式没有约束。仿真结果表明,它能够抑制航位推算法定位的累积误差,提供水下长期的、误差有界的定位信息。

超短基线定位系统融合分类解模糊技术研究

针对超短基线水声定位系统面临的相位差模糊问题,该文提出一种基于多分类器融合的定位解模糊算法。首先构建多分类器系统,将解模糊问题转化为对模糊数进行分类识别的问题,并采用Choquet积分对各分类器结果进行融合,得到模糊数所属类别,进而对目标进行定位。给出了目标位置的无模糊观测条件。该算法优点是无需构造小于半波长间距的阵列,有效扩大了无模糊阵列孔径,而且由于充分利用了相位差观测数据的统计特性,定位精度可接近克拉美-罗界。仿真结果验证了该算法的有效性。

超短基线定位系统安装误差校准技术研究

超短基线定位系统由于基阵尺寸小、安装方便,在海洋开发中得到了广泛的应用。高精度超短基线定位系统的安装误差影响不可忽视,需要在使用前进行精确校准,同时在深海使用条件下,声线修正是必需的。提出了一种基于最小二乘的结合声线修正的超短基线定位系统安装误差校准方法,该方法性能稳定、计算量小,湖上和海上试验验证了算法的有效性。

超短基线定位系统在500kV跨海输电系统海底电缆检测中的应用

介绍了水下机器人声学定位系统在琼州海峡跨海高压输电系统500kV海底电缆检测项目上的应用,具体介绍了超短基线定位系统构成、设备特性、作用原理、安装过程、校正参考因素。

水下拖体声学超短基线定位测量及其卡尔曼滤波技术

水声超短基线定位技术是探测水下目标的有效手段。超短基线定位测得的原始数据具有不同程度的随机离散性。为了得到能够真实反映目标运动轨迹变化的坐标数据 ,本文应用了卡尔曼滤波技术来处理定位原始数据 。

近场条件下脉冲基线定位性能影响因素分析

针对近场条件下的脉冲基线定位,推导了以脉冲前沿到达时刻为变量的测距和测向公式,讨论了CW脉冲信号参数、阵列参数和声源入射位置对其定位性能的影响。仿真结果表明,较低的脉冲辐射频率,较大的阵列孔径,以及声源从阵列正对方向入射时,脉冲基线定位具有更好的定位性能,阵元数对其定位性能影响不大,随着声源与阵列距离的增大,定向性能大致保持不变,而测距性能则不断下降。

超短基线定位系统误差分析与仿真

论文对超短基线定位系统作了误差分析及精度仿真,讨论了测量误差和信噪比之间的关系。并在分析、仿真的基础上提出了提高定位精度的几点改进措施。

基于Compact RIO的声信号处理模块在超短基线定位中的应用

提出一种基于Compact RIO嵌入式系统的声信号处理模块,用以实施信号采样、存储及处理各种不同类型的模拟信号,通过结合Compact RIO高速数据处理能力和Lab VIEW图形化开发环境,实现实时水声信号采集、处理,并应用于超短基线定位系统中。水下定位试验验证了模块的可行性和实用性,定位精度满足系统设计要求。

UUV水下回收中的视觉和短基线定位融合

为了使UUV在水下坞舱回收过程中利用视觉和短基线(short baseline-SBL)进行导引定位,提出了一种视觉和短基线的自适应融合定位方法,以提高导引定位的精度.介绍了短基线定位和视觉定位2种定位系统及其工作原理,以及定位数据的野值剔除和去噪方法.野值剔除采用了一种基于数据变化率的自适应在线野值剔除方法,数据去噪采用了软阈值小波滤波方法.针对传统卡尔曼滤波进行数据融合时先验知识不足的缺点,提出了一种基于模糊逻辑的在线自适应卡尔曼滤波融合方法.通过获取的实时测量数据,实时调整噪声的协方差矩阵来融合2种定位数据.水下回收水池试验结果表明,定位传感器的绝大部分野值被剔除且去噪效果明显,视觉和短基线融合后的定位精度有很大提高,证明了所提方法的有效性.

基于泰勒级数展开的总体最小二乘水下短基线定位算法研究

针对浅水环境中声波在传播时速度变化不大的特性,提出了一种基于泰勒级数展开的总体最小二乘水下短基线定位算法。构造定位方程中误差向量的增广矩阵,利用奇异值分解得到水下AUV的坐标,将其作为初始值进行泰勒级数展开迭代。仿真结果与最小二乘算法进行比较,所提算法受环境影响较小,稳定性强,实时性较好,且精度有明显提高。

长基线定位系统在海洋油气开发中的应用

长基线定位系统属于声学定位系统的一种,是目前水下导航定位的主要手段,由于其定位精度与水深无关,因此被广泛应用于深海领域。首先简要介绍长基线定位系统的工作原理,然后以Sonardyne Fusion系列的长基线定位系统在流花4-1油田开发过程中的应用为例,详细介绍了长基线定位系统在海洋油气开发中的应用。

海底电缆超短基线定位系统误差分析及处理策略

[目的]超短基线定位是一种重要的水下声学定位方式,主要解决超短基线定位远距离定位发散快,远距离定位精度不高的缺点。[方法]论文介绍了超短基线定位系统的原理,详细分析了引起超短基线定位误差的各种因素,并针对这些因素,提出了相应的处理策略,从而提高水下定位精度,[结果]结合海南联网海底电缆检测实际应用,验证将超短基线定位处理策略在克服距离定位发散快,远距离定位精度不高的缺陷的有效性。[结论]海南联网海底电缆检测实际应用实践验证了针对超短基线远距离定位发散快、定位精度不高的处理策略在海底高精度定位的有效性。

高精度超短基线定位系统的分析与仿真

本文对基阵孔径远大于半波长的超短基线定位系统作了精度分析和技术分析,并提供了主要技术的仿真结果。

基于SCOUT+超短基线定位系统的海上失事飞机黑匣子探测方法

失事飞机黑匣子是空难见证者,一旦落入海中需要快速准确打捞.利用Sonardyne公司生产的SCOUT+超短基线定位系统(USBL)中水深测位仪(pinger)模式,进行黑匣子模拟器的快速搜寻打捞.在20 m水深海洋环境中,对黑匣子模拟器进行搜寻定位,平面位置定位精度达到6.35 m,角度交会定位精度达到2.78°.剔除仪器安装固定误差后,角度精度达到0.40°.由此结果表明:SCOUT+超短基线的黑匣子搜寻探测精度达到预计要求,能够达到实际需求.

高精度超短基线定位系统的实现

超短基线定位系统在海洋开发中具有广泛的应用,与其它基线相比,基阵尺寸小,易于安装。由于在远距离误差发散快,超短基线作用距离不远,其远距离定位精度也不高。为了满足深海作业需要,需要研制高精度长程超短基线定位系统,论述了系统的组成及设计,并通过改进基阵阵形、降低接收机噪声等方面提高系统定位精度。

基于并行蚁群算法的长基线定位方法

为了降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响,该文将水声目标导航定位问题抽象为带约束条件的非线性优化问题,并论证了最优化表达式参数求解过程与降低误差源干扰的过程具有同一性;设计了并行蚁群算法求其最优解。海试数据处理结果表明,该方法具有收敛速度快、解稳定和定位精度高等优点,能有效地降低各个误差源对水声目标导航定位精度的影响。