水下载体SINS/USBL组合导航滤波方法研究

捷联惯性导航系统(SINS)具有短期定位精度高的优点,但其定位误差随时间发散,超短基线(USBL)在其有效工作范围内定位误差不发散,且由于受作用距离及复杂水下环境的影响,其定位数据不连续,离散度大,野值多。水下载体导航采用SINS/USBL组合导航,可充分发挥各自的优势。根据USBL量测信息的特性,给出了一种基于改进的带观测噪声时变估计器的Sage-Husa自适应Kalman滤波方案,经实物数据仿真验证了此滤波方案的有效性。

复杂水下环境下高精度SINS/USBL误差标定技术

针对SINS/USBL组合系统在导航与定位前需要对一体化样机进行精确标定的问题,对复杂水下声场环境下高精度SINS/USBL误差标定技术展开了研究,包括对安装误差角和空间杆臂误差的估计。基于标定模型的几何关系,推导了标定的状态方程和量测方程,并提出了新型的基于相对量测信息滤波估计的误差标定技术。为解决标定过程中由于存在声学野值而导致滤波估计性能下降的问题,通过高斯牛顿迭代将Huber M估计嵌入到变分贝叶斯框架中,推导了基于M估计的非线性鲁棒自适应标定算法,在精确校正后无需重复标定。仿真的结果验证了该方案的有效性、实用性和鲁棒性。

USBL技术在大型抓斗水下定位的应用研究

针对大型抓斗船抓斗水下三维定位这一工程技术难点,对比研究了多种定位方法,选定了采用超短基线声学定位系统USBL实现抓斗的水下定位,介绍了该系统需要的适应性改造,对设备的型号选择、安装位置、安装方式及系统使用过程中影响定位精度的主要因素、减小误差的方法进行了分析。

USBL定位精度简易测量方法

阐述了USBL水下定位系统的组成、系统定位原理、安装及方位校正,指出USBL水下定位系统能够为海洋开发和海洋工程建设提供很高的水下定位精度。

基于倒置声学基阵的INSUSBL组合导航算法研究

文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。

水下复杂环境下基于SINS/USBL/DVL多源信息融合的组合导航算法

针对复杂水下声场环境下高精度、长航时导航与定位的需求,构建了捷联惯性导航系统(SINS)/超短基线(USBL)相对测量信息的观测方程和SINS/声学多普勒测速仪(DVL)的观测方程,提出了一种融合SINS/USBL/DVL多源信息的组合定位算法。为解决声学量测信息不确定引起的导航性能下降的问题,充分考虑水声野值所导致的厚尾噪声特性,利用学生t分布推导了基于状态估计的鲁棒自适应滤波算法,提高了水下航行器组合定位的精度和鲁棒性。通过海上试验验证了所提算法的有效性和优越性。

超短基线(USBL)定位系统误差分析

USBL(超短基线)是一种水下定位技术,目前被普遍应用于海洋石油勘探开发、海洋打捞等海洋生产开发方面,主要用于确定ROV、ads、潜水员、水下其他载体的水下精确位置。在水下定位作业中,USBL水下定位系统到底有那些误差影响其定位精度一直困扰着测量人员。因此本文对对USBL的误差来源进行了分析。

一种基于集中滤波的SINS/DVL/USBL水下组合导航算法

针对水下运载体的长时间高精度导航问题,提出一种基于集中滤波的捷联惯性导航系统(SINS)/声学多普勒测速仪(DVL)/超短基线(USBL)水下组合导航方法,建立了杆臂在线估计的SINS/DVL速度观测模型和SINS/USBL相对量测信息观测模型,并利用参考信息判定结果实时更新量测方程及维数,既能保证精度,还能一定程度上减少运算量。理论仿真和湖面试验表明,本算法能够实现长时间高精度的水下导航定位,具有可行性。

海洋地震勘探中USBL定位数据分析及处理

本文主要讲述在海洋地震勘探中USBL定位数据的分析及处理方法,通过大量的USBL定位数据建模分析,针对分析结论研究处理方法,并将算法细分为各个步骤,逐步演示处理过程,最终将USBL定位数据提取、优选、约束、平差后计算后得到节点位置坐标。使用LBL定位结果与USBL定位结果进行对比验证,通过真实有效的数据来验证其处理流程、算法的实用性、计算结果的可靠性,得出影响USBL定位结果精度的几个重要因素。

水下潜航器的惯导/超短基线/多普勒测速信息融合及容错验证

针对水下潜航器惯导系统的定位误差积累和容错性差等问题,分析了水声超短基线的相位差定位方法,推导了基于惯导提供实时位置、姿态误差角信息的惯导/超短基线(INS/USBL)导航解算过程及其坐标转换。结合惯导/多普勒测速(INS/DVL)滤波器,给出INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波在3种信息融合算法下的应用。通过MATLAB仿真对导航算法进行了验证,结果表明该导航算法能够抑制惯导系统误差随时间发散的问题,能充分利用了3种导航系统提供的参数信息,且状态维数低,滤波收敛速度快,其中基于精度因子信息分配方法的导航系统误差最小。容错性验证结果显示,当超短基线出现故障时,重构后的组合导航系统在较高航速情况下依旧能提供有效的导航参数。所提出的INS/USBL/DVL组合导航联邦滤波方法能够精确地提供水下潜航器的各位导航参数信息,且具有较高的容错性和稳定性。

水下定位系统误差分析

通过对水下定位系统的误差来源、误差控制方法和多个设备之间的数据融合过程中的误差表现进行分析,探讨各种误差因素的影响,提出提高水下定位精度的措施,指出在应用中应合理进行误差分配,控制显著误差,以达到最佳测量结果。

基于应答器位置测量的AUV非线性模型预测对接控制

针对搭载超短基线(USBL)声学定位系统的全驱动自主水下航行器(AUV)的自主回坞控制问题,提出一种基于应答器位置测量的回坞预测控制算法。首先用体坐标系下的应答器位置测量定义回坞对接误差,基于Jacobian矩阵描述应答器位置测量与AUV速度之间的运动学关系,建立非线性对接误差模型。采用非线性模型预测控制求解对接控制问题,产生航行器速度指令。然后设计自适应速度控制器实现对速度指令的全局渐近跟踪。最后采用REMUS AUV的模型参数进行了仿真研究,结果验证了方法的有效性。

RTK GPS在超短基线声学定位系统安装校准中的应用

超短基线(u ltra short base line,USBL)声学定位系统的换能器安装是具有一定方向性的,但是,在安装过程中,不能保证换能器方向与船艏方向严格一致,必然存在不可忽视的系统误差,影响了测量精度;因此,必须通过校准消除系统误差。本文应用高精度RTK GPS实现了换能器安装方向的校准,取得了满意的结果。

面向OBS布设与定位回收的船舶导航系统研究

针对海洋勘探中对OBS精确布阵的要求,综合利用USBL水下定位技术、DGPS定位技术、GIS技术以及网络通信技术,研究专业面向OBS布设、精确定位与回收的船舶导航系统。介绍了系统的结构和功能,分析了系统的主要特点,并探讨了该系统的关键技术。目前该系统已应用于生产实践,实践表明:系统能够有效提高OBS布设、定位的精度和效率。

一个无线数据采集系统的设计与实现

在工业控制领域 ,常常需要采集大量的现场数据 ,然后传输给主机进行处理。而目前数据传输通常使用的是RS485或者是 CAN等网络。这些网络均基于有线传输 ,他们在使用中不仅要考虑成本因素 ,还要考虑数据传输中的干扰因素。而无线传输相对具有一定的优势 ,成本相对低 ,并且传输中的干扰也较少 ,这也在一定程度上提高了传输的可靠性。设计了一个基于 PTR2 0 0 0无线传输模块的数据采集系统。该实例对其他相类似的无线数据采集、无线数据传输应用具有一定的参考价值。

单海底应答器声学导航及应答器绝对位置校准

给出了一种局部海域潜器高精度声学定位导航方法。该方法利用安装在潜器上的超短基线（USBL）定位系统和锚定于海底的单只应答器构成定位导航系统,为潜器在局部海域提供高精度定位导航,系统复杂性和操作难度低,可靠性高。为提高应答器绝对位置的校准精度,提出了一种声线弯曲修正方法。2006年中国南海试验表明,试验系统可对锚定于3700m海深的海底应答器精确校准,并且利用校准后的应答器为对安装有精度为0.5%斜距的超短基线的水面船进行导航,导航精度为25m。

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。

深中通道沉管隧道基槽整平水下定位技术研究

深中通道S08标段整平船是为项目定制的专业施工船舶,整平船、整平架采用柔性钢丝绳连接,为整平架的定位增加了不少难度。文章介绍了深中通道及整平船“重任801”的基本情况、分幅错缝搭接的基础形式,提出了一种基于倒置安装的长基线水下定位方法,并给出了水下定位精度验证的方法。通过整平船在沉管隧道隧址进行的原位海试,对长基线定位精度进行了验证,与RTK GPS进行比较分析,得到了精度优于10 cm的统计结果,可以满足整平施工作业的设计要求。

一种应用于传统气相色谱仪数据处理部分的数据采集卡研制

文章介绍了一种应用于传统气相色谱仪数据处理部分的数据采集卡研制。该数据采集 卡采用24位高精度A／D转换芯片ADS1211和有USB接口的USB100模块,利用单片机AT89S52来 控制色谱数据的采集和传输。本数据采集卡保证了采集的精度,实现了即插即用的功能,对传统的气相 色谱仪数据处理部分进行了技术更新。从而满足了管输天然气气相色谱分析数据采集的需要。

超短基线定位技术及在海洋工程中的应用

海洋开发和海防工程等领域都离不开水下定位技术的支持,水声作为水下定位技术中不可或缺的重要手段近年来也获得快速发展。介绍了水声定位中几种常见的技术,针对近年来发展火热的超短基线定位技术及其在海洋工程中的应用进行了着重介绍。收集罗列了目前国内外市场上公布的几款主要的超短基线定位产品及其性能参数,为超短基线方面的研究提供了参考依据。通过对比分析了国内外超短基线定位技术研究之间存在的差距,并展望了超短基线定位技术未来的发展方向。