水下滑翔机定位导航系统及实验研究（可复制论文）.pdf

摘要广、越来越多的人认识到利用智能机器来探索人类未知领域尤其是深海大洋的重要性,寻找人类需要的能源、矿产以及生物资源等。水下滑翔机作为一种较廉价的水下探测传感器搭载平台,具有航程大梢源锏缴锨Чɡ、下潜深千米⒑叫惺奔涑一年忍氐悖杂谏詈L讲庥凶乓欢ǖ挠攀啤本文中研究的水下滑翔机是通过调节自身浮力大小和重心位置来实现运动的,本文研究的目标是搭建较高精度的低成本水下导航定位系统,为深海大洋的开发探测提供技术支持。通过加强导航定位系统功能,能够满足科研对水下滑翔机这一探测搭载平台的要求,通过搭载的传感器对预定海域进行数据采集,由定位系统对采集的数据提供较准确的位置信息。论文中讨论的导航系统是建立在水下滑翔机的运动规律基础上的,即在不考虑外力的情况下,当水下滑翔机仅依靠自身浮力调节运动时,运动轨迹为锯齿形。文中通过简化水下滑翔机运动环境,研究了利用低成本的组合导航系统来实现水下滑翔机对定位导航的要求。在本课题中,通过对水下导航定位理论的深入研究,采用组合导航系统设计了一种适合水下滑翔机的组合导航定位系统。在水面上时,利用峁┱逑统需要的位置坐标信息,同时完成对数据处理系统的校正和初始化;,由电子罗盘和深度传感器提供航行器的运动姿态信息,结合信息融合理论,采用了卡尔曼滤波器来实现水下滑翔机在水下的航位推算,提出了应用于系统的算法,设计了应用于水下滑翔机的航位推算系统,在实验室搭建的试验平台上作了相关验证,并对系统进行了初步的误差分析。实验结果表明,针对文中设计的定位导航系统,该算法可以有效的减小系统在水下的定位误差。关键词水下滑翔机低成本组合导航信息融合浙江大学硕士学位论文觥’,
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第一章绪论研究背景与意义’世纪以来,人们开始利用各种手段对海洋进行勘探。世纪,水下机器人技术作为人类探索海洋的最重要的手段,受到了人们普遍的关注。进入世纪,海洋更是成为国际上战略竞争的焦点,因而也成为高技术研究的重要领域。毫不夸张地说,本世纪是人类进军海洋的世纪。人类关注海洋,是因为陆上的资源有限,海洋中却蕴藏着丰富的矿产资源、生物资源和能源。另一个重要原因是,占地球表面积%的海洋是国际海底区域,该区域内的资源不属于任何国家,而属于全人类。但是如果哪一个国家有技术实力,就可以独享这部分资源。因此争夺国际海底资源也是一项造福子孙后代的伟大事业。水下机器人作为一种高技术手段,在海底这块人类未来最现实的可发展空间中起着至关重要的作用,发展水下机器人的意义是显而易见的。同时研制自主水下航行器也可以为我国的国防事业的发展提供有力的支持。而发展自主水下航行器一个最为重要的问题就是导航问题。,世纪时,在大海上航行是一项十分艰难的任务,没有可以精确导航的条件,负责领航的水手只能在一个地平线消失之后,期待着另一个地平线的出现。他们不能够知道自己的位置,往往到达的目的地与自己想象中的大相径庭。随着全球定位系统某鱿郑己奖涑闪艘患嗟鼻崴傻氖虑椤K淙凰饩隽司蟛糠至煊的导航闯题,比如陆地、空中和水面;但是在水下导航时床荒芄环⒒悠溆有的作用,采取什么样的手段才可以为自主水下航行器饫镏饕V副疚难芯的水下滑翔机芯返己绞潜疚乃Q芯康奈侍狻在海里复杂的环境下,导航定位装置就如同滑翔器的眼睛,对于能否发挥水下滑翔器的作用起着重要作用。由于水下种种条件限制【,定位导航渐渐变成了水下自主航行器发展与应用的瓶颈问题。由于水下导航与空中导航相比,导航系统必须提供水介质中远距离及长时间范围内的精确定位、航行器本身的速度及姿态信息【浚庑┮G对于现有技术来说,可靠的实现还有很大的难度。、信息源少、重量、电源使用的限制及水介质的特殊性、隐蔽性等因素的影响,实现精确导航是一项咕、●■浙江大学硕七学位论文一●
国内外研究现状人类从世纪初就开始研究水下航行器,回顾其发展历程,可以分为四个阶段,相应的水下航行器也可以分为四代】。,主要是向深度挑战,这个时期研制的潜水器一般仅限于观察,无运动、作业能力。由于受到当时科学技术水平的的限制,这一代水下航行器发展较为缓慢,直到年,人类终于下潜到米深的太平洋马里亚纳海沟。第二代水下航行器是以美国的“啥摹焙盼4怼U庖淮潞叫衅鞔有动力、水下摄像机、机械手等,不仅可以进行观察,还可以完成比较简单的作业任务和海洋资源调查任务。年,“阿而文”号和另一潜水器配合,在西班牙海域成功地打捞出一颗失落的氢弹,在当时影响很大。世纪年代中后期,受两次石油危机的影响,近海石油开发迅猛发展,第三代水下航行器一无人遥控潜水器玫搅顺ぷ愕姆⒄梗陨桃涤τ梦出发点,着重强调水下航行器的作业能力,由于是结合石油开采的实际需要进