水下地形辅助导航新方法仿真

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水下地形辅助导航新方法仿真

水下地形辅助导航新方法仿真徐遵义;黄东武;赵洪銮【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)006【摘要】水下地形辅助导航是水下运载体导航定位技术研究的关键技术之一.传统的水下地形辅助导航采用回声测深仪,导航定位精度低,有时甚至失效.本文将多波束测深引入水下地形辅助导航,将水深映射为灰度值,利用快速傅立叶变换将输入灰度图从空间域变换为频率域.先采用相位相关技术进行粗匹配,再采用图像Hu不变矩特征进行精匹配,实现导航定位.对基于不同实验获取的实测海底地形图、惯性导航数据、DGPS数据以及多波束实测数据进行了实验室仿真.仿真结果表明,新方法可以极大地提高水下地形导航定位精度,使INS误差降低到原误差的15％以内,尤其是在INS初始误差较大时(小于3km)导航定位精度改进更好.【总页数】5页(P53-56,106)【作者】徐遵义;黄东武;赵洪銮【作者单位】北京大学地球与空间科学学院空间信息集成与35工程应用北京市重点实验室,北京100871;山东建筑大学计算机科学与技术学院,山东济南250101;天津海事局海测大队,天津300222;山东建筑大学计算机科学与技术学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】V444;TP339【相关文献】1.基于高斯和粒子滤波的AUV水下地形辅助导航方法 [J], 韩月; 陈鹏云; 沈鹏2.基于高斯和粒子滤波的AUV水下地形辅助导航方法 [J], 韩月; 陈鹏云; 沈鹏3.基于TERCOM算法的水下地形辅助导航误差研究 [J], 张静远;徐振烊;王新鹏4.水下地形辅助导航适宜地图分辨率的选取 [J], 徐振烊;王鹏;张静远5.基于组合算法的水下地形辅助导航性能分析 [J], 徐振烊;张静远;王鹏;赵苗因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种新的地形辅助导航算法及仿真

ｂｙａＫａｍａｉｔｒＳｉｕａｉｎｅｕｔｈｌｎｆｌｅ．ｍｌｔｏｒｓｌｓｓｏｗｈｔｔｏｏｅｌｏｉｈａｇｒｐｒｏｍａｃｔａｈｅｐｒｐｓｄａｇｒｔｍｈｓｈｉｈｅｅｆｒｎｅ，ｅｐｃａｌｎｆａｅｒｉ．ｓｅｉｌｙｉｌｔｔｒａｎＫｅｗｏｄｓｔｒａｎ－ｉｄｎａｉｔｏｎ；ｃｒｌｔｏｎ；Ｋａｍａｆｌｅｙｒ：ｅｒｉａｄｅｖｇａｉｏｒｅａｉｌｎｉｔｒ
ＸＩｉｎｈｎＥＪａｃｕ，ＺＨＡＮＧｎｉｇ，ＹａｎｎＺＨＡＯｎｃｕ，ＸＩＹｏｇＲｏｇｈｎＡｎ
（ｃｏｌｆＣｏＳｈｏｍｐｔｒＳｉｎｅｎｎｉｅｒｇ。ＮｏｔｗｅｔｒｌｔｃｎｃｌｎｖｒｉｙｏｕｅｃｅｃｓａｄＥｇｎｅｉｎｒｈｓｅｎＰｏｙｅｈｉａｉｅｓｔ，Ｘｉａ１０２，ｉａＵ ’ ｎ７０７Ｃｈｎ）
ＡｂｔａｔＲａａｓｕｅＯｍｅｓｒｈｌｉｕｅｗｉｈｔｅｔａｉｏａｅｒｉ－ｉｅａｉａｉｎ（ｓｒｃ：ｄｒｉｓｄｔａｕｅｔｅａｔｄｔｈｒｄｔｎｌｔｒａｎａｄｄｎｖｇｔｔｉｏＴＡＮ）ｍｅｈｄｓｃｓｔｏｕｈａ
ｑｉｅｙｒｄｒｎｈｔｃｏｐｄｆｏｔｅｄｇｔｌｅｅａｉｎｍａ（Ｍ）ＴｈｐｉｌｐｓｔｎｎｅｕｔｗａｂａｎｄｕｒｄｂａａｓａｄｔａｒｐｅｒｍｈｉｉｌｖｔｐＤＥａｏ．ｅｏｔｍａｏｉｏｉｇｒｓｌｉｓｏｔｉｅ

基于ICCP的水下潜器地形辅助导航方法研究的开题报告

基于ICCP的水下潜器地形辅助导航方法研究的开题
报告
一、选题背景及意义
水下潜器在海洋工程、地质、水产、军事等领域中发挥着重要作用，而水下环境的特殊性质使得水下潜器导航和定位成为了一项具有挑战性
的任务。

传统水下潜器导航依赖于水下声纳或者惯性导航系统，但是由
于地形复杂等问题，这些方法存在着一些缺陷。

因此，研究基于ICCP协议的水下潜器地形辅助导航方法具有非常重要的意义。

二、研究内容及方法
本研究旨在通过建立ICCP的地形信息交换模型，将水下潜器所获取到的地形信息与其他水下潜器共享，利用地形信息协同完成水下潜器的
导航和定位。

具体研究内容包括：
1. ICCP协议的研究与分析；
2. 地形信息的获取和处理方法；
3. 基于ICCP协议的水下潜器地形辅助导航方法的研究和实现；
4. 实验验证和系统性能评估。

三、研究创新点及难点
1. 创新点：通过基于ICCP协议的地形信息交换模型，实现水下潜器间的共享，提高水下潜器的导航和定位精度。

2. 难点：如何解决水下潜器环境复杂、信号传输受限、水下通讯困
难等问题，以实现高精度的地形辅助导航。

四、研究意义
本研究在水下潜器导航和定位领域具有重要意义，通过利用地形信息辅助导航，可以提高水下潜器的定位精度和效率，为水下科学、工程和军事等领域的发展做出贡献。

此外，本研究的实现也可以为其他环境下的多个机器人协作提供新的思路和方法。

仿真地平仪在水下机器人导航中的应用与发展

仿真地平仪在水下机器人导航中的应用与发展引言随着科技的发展和人类对深海资源的需求增加，水下机器人的应用得以广泛推广。

而在水下机器人导航中，仿真地平仪作为一种重要的导航传感器，发挥着关键的作用。

本文将探讨仿真地平仪在水下机器人导航中的应用，并对其未来的发展进行分析。

一、仿真地平仪的原理与特点仿真地平仪是一种基于陀螺效应的导航仪器，用于测量物体相对于地球水平面的角度。

它主要由陀螺仪和加速度计组成，通过测量机器人的姿态角和加速度来进行导航。

在水下机器人中，仿真地平仪具有以下特点：1. 高精度测量：仿真地平仪通过使用精密的传感器和算法，能够提供准确的姿态角和加速度数据，以实现水下机器人的精确导航。

2. 快速响应：由于仿真地平仪采用了先进的传感器技术，它能够在短时间内快速响应水下机器人的姿态变化，使得机器人能够及时做出相应的调整。

3. 抗干扰能力强：仿真地平仪能够通过复杂的信号处理算法来滤除外界干扰，使得姿态角和加速度的测量更加稳定可靠。

二、仿真地平仪在水下机器人导航中的应用1. 姿态估计：仿真地平仪能够准确测量水下机器人的姿态角，包括横滚、俯仰和偏航，从而为机器人导航提供关键参数。

这些姿态数据可以用于控制机器人的运动，保持其在水下环境中的稳定性。

2. 航迹规划：通过仿真地平仪提供的姿态数据，水下机器人可以建立相对于水平面的坐标系，并通过航迹规划算法确定最优的导航路径。

这是水下机器人进行任务执行的关键步骤之一。

3. 深度测量：仿真地平仪不仅能够提供姿态角数据，还可以结合水下机器人的深度传感器，实时测量机器人的深度。

这对于水下机器人在海底地形复杂的环境中进行有效导航至关重要。

4. 姿态控制：仿真地平仪提供的姿态角数据可以应用于水下机器人的姿态控制系统中。

通过实时监测机器人的姿态变化并调整相应的舵机或推进器，可以使机器人保持姿态稳定，提高导航精度。

三、仿真地平仪在水下机器人导航中的发展趋势1. 高精度化：随着传感器技术的不断进步，仿真地平仪的测量精度将不断提高。

海底地形辅助导航SITAN算法的改进

个卡尔曼滤波器的设置与式 ( 4)和 ( 5)相同 , 系统
状态方程和量测方程为 :
δj
Xkj
X k +1, k k
+W k
(4)
Zj
=
HδX
j k
+γj
(5)
式中 ,δXkj 为第 j个滤波器的状态 , j = 1, 2, …, N。
对于每一个卡尔曼滤波器 ,都假设惯性导航系
统有 N 个导航位置 , 对每个导航位置都进行卡尔
(6)
加权残差为
j
W R Sk +1
(σj ) 2
=
k +1 j
Pk +1 / k
(7)
式中 ,
P
j k
+
1
/
为第
k
j个卡尔曼滤波器中的均方误差
阵。
平滑加权残差为
j
SW R Sk +1
=
α(
SW
R
j
Sk
)
+
(1
- α)
(W
R
j
Sk
)
(8)
j
SW RS0
= 1 0
<α < 1
(9)
SW RS 表示滤波器与先验模型的匹配程度 , 当
差就是航行器相对高度的估计值 ,它与实测的相对高度之差就是卡尔曼滤波的测量值。由于地形的非线性特性导致了量测方程的非线性。采用地形随机线性化算法可实时的获得地形斜率 ,得到线性化的量测方程 ; 和惯导系统的误差状态方程 , 经卡尔曼滤波递推算法可得到导航误差的最佳估计值 , 采用输出校正可修正惯导系统的导航状态 ,从而获得最佳导航状态。

水下机器人定位导航技术实验报告

水下机器人定位导航技术实验报告一、引言水下机器人在海洋探索、资源开发、科学研究等领域发挥着越来越重要的作用。

而定位导航技术是水下机器人实现自主作业和精确操作的关键。

本次实验旨在研究和评估不同的水下机器人定位导航技术，为其实际应用提供参考和依据。

二、实验目的本次实验的主要目的是：1、比较不同定位导航技术在水下环境中的精度和可靠性。

2、分析各种技术在不同水质、水流条件下的性能表现。

3、探索如何提高水下机器人定位导航的准确性和稳定性。

三、实验设备与环境（一）水下机器人本次实验采用了型号水下机器人，其具备主要功能和特点。

（二）定位导航系统1、惯性导航系统（INS）2、声学定位系统3、卫星导航系统（在水面时辅助）（三）实验环境实验在一个大型的室内水池中进行，水池尺寸为长、宽、深，模拟了不同的水质（清澈、混浊）和水流条件（缓流、急流）。

四、实验方法与步骤（一）实验准备1、对水下机器人进行全面检查和调试，确保其各项功能正常。

2、安装和校准定位导航系统，设置相关参数。

（二）实验过程1、在不同水质和水流条件下，分别启动水下机器人，让其按照预设的轨迹运动。

2、同时记录惯性导航系统、声学定位系统和卫星导航系统（在水面时）的数据。

（三）数据采集与处理1、实验过程中，实时采集各个定位导航系统的数据。

2、对采集到的数据进行滤波、降噪等预处理。

3、采用特定的算法和软件对数据进行分析和计算，得出定位导航的精度和误差。

五、实验结果与分析（一）惯性导航系统1、在短时间内，惯性导航系统能够提供较为准确的位置和姿态信息。

2、但随着时间的推移，由于累积误差的存在，其定位精度逐渐降低。

（二）声学定位系统1、在清澈水质和缓流条件下，声学定位系统表现出色，定位精度较高。

2、然而，在混浊水质和急流环境中，声波的传播受到干扰，定位精度有所下降。

（三）卫星导航系统（水面辅助）在水面时，卫星导航系统能够提供非常准确的位置信息，有效地对水下机器人的定位进行校准和修正。

基于SLAM的水下导航算法及仿真分析

ｏｕａｉａｉｎｏｈｎｒａｅｅｃｅ．Ｔｅｃｎｔｃｉｎａｄｘｃｔｎｆｔｅｎｅａｅａｉａｉｎｙｔｍｍｏｓｎｖｇｔｆｔｅｕｄｅｏｗｔｒｖｈｉｌｓｈｏｓｒｔｏｎｅｅｕｉｏｈｕｄｒｔｒｎｖｇｔｏｓｓｅｕｏｗ
Ｋｅｒ：ｕｅａｅａｉａｉｎ；ｓｍｕｔｎｏｓｌｃｌａｉｎａｄｍａｐｎｙｗｏｄｓｎｄｒｔｒｎｖｇｔｗｏｉｌｅｕｏａｉｔｎｐｉｇ；ｅｔｎｅｌｎｆｌｅ；ｓｍｕａｉｎａｚｏｘｅｄｄＫａｍａｔｒｉｌｔｉｏ
２Ｂｒｎｓｔｔｏａｅｒ＆ｓｍＥｇ￣ｅｎ，ｅｉ００４Ｃｉ）ｅｉｇＩｔｕＳｃ￣ｎｉｅｆｐｃｔｎｉｒｇＢｉｇ１０９，ｈｎｅｉｊｎａ
Ａｂｓｒｃ：Ｔｈｉｌａｅｕｓｌｃｌｚｔｏｎａｐｉｇａｇｒｔｍ，ｗｈｃｓｏｉｉａｅｏｍｏｉｏｏｏａｉａｉｎ，ｔａｔｅｓｍｕｔｎｏｏａｉａｉｎａｄｍｐｎｌｏｉｈｉｈｉｒｇｎｔｄｆｍｂｌｒｂｔｌｃｌｔｒｅｚｏｃｎｏｅｃｍｅｔｅｄｓｄａｔｇｓｏｅｕｄｅｗａｅａｉａｉｎｍｅｈｄａｅｎｐｉｒｍａ，ｈｎｅｒａｉｅｔｕｕｏ — ａｖｒｏｈｉａｖｎａｅｆｔｎｒｔｒｎｖｇｔｏｔｏｓｂｓｄｏｒｏｐｓｅｃｅｌｚｒｅａｔｎｈ
ｒｓｌｓｓｏｔａｈｌｏｉｍａｃｉｖｅｔｒｐｅｉｉｎｔａｕｅｄａｒｃｏｉｇｉｏｈｓｒｉｈａｌｎｎｏａｅｕｔｈｗｈｔｅａｇｒｔｔｈｃｎａｈｅｅｂｔｅｒｃｓｏｈｎｐｒｅｄ—ｅｋｎｎｎｂｔｔａｇｔｓｉｉｇａｄｌｃｌｓａｃｉｇｐｔｅｎｅｒｈｎａｔｒｓ，ａｄｈｓａｗｉｅａｌａｉｎｐｏｐｃ．ｎａｄｐｐｉｔｏｒｓｅｔｃ

一种结合地形和环境特征的水下导航定位方法

一种结合地形和环境特征的水下导航定位方法徐晓苏;汤郡郡;张涛;岳增阳【摘要】为了实现水下潜器长时间高精度导航定位,同时考虑到传统地形辅助导航系统在先验地形图不可得或者是地形变化不明显的海域(地形不可匹配区域),无法用来修正惯性导航位置误差的问题,提出了一种结合地形和环境特征的水下导航定位方法.在先验地形图可得且地形高程变化明显的可匹配区域,采用地形辅助导航系统来修正惯导位置误差,在先验地形图不可得或者是地形高程变化不明显的不可匹配区域,采用基于海洋环境特征的同步定位与构图算法来修正惯导位置误差.仿真结果表明,该方法在地形可匹配区域以及地形不可匹配区域得到的航迹都比纯惯导得到的轨迹更接近于理想航迹,因此可以用来修正惯导位置误差.【期刊名称】《中国惯性技术学报》【年(卷),期】2015(023)005【总页数】7页(P590-596)【关键词】水下航行器;地形辅助导航系统;同步定位与构图;惯性导航系统【作者】徐晓苏;汤郡郡;张涛;岳增阳【作者单位】微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京210096;微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京210096;微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京210096;微惯性仪表与先进导航技术教育部重点实验室,南京210096;东南大学仪器科学与工程学院,南京210096【正文语种】中文【中图分类】U666.1惯性导航系统不需要任何外来信息，也不向外辐射任何信息，仅依靠自身就能在全天候条件下，在全球范围内和任何介质环境中进行连续的导航和定位，这种同时具备自主性、隐蔽性和能获取载体完备运动信息的独特优点使其成为最受广泛使用的水下导航定位方法。

但是，惯导系统也有着系统误差随时间积累的原理性缺陷，为了实现长航时高精度的导航目标，惯性导航系统需要利用外界位置信息对其进行周期的调整和校正。

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关键词：水下地形辅助导航；多波束测深；相位相关；Ｈｕ不变矩特征中图分类号：Ｖ４；Ｐ３４４Ｔ３９文献标识码：Ａ
文章编号：１７－６９２１）６０５ — ４ｄｉ１．４４ｊｉｎ１７ — ６９２１．６０２６２７４（０２０ — ０３０ｏ：０３０／．ｓ．６２７４．０２０．１ｓ
用回声测深仪，航定位精度低，时甚至失效。本文将多波束测深引入水下地形辅助导航，水深映射为灰度值，导有将利用快速傅立叶变换将输入灰度图从空间域变换为频率域。先采用相位相关技术进行粗匹配，采用图像Ｈ再ｕ不变
ｍａｐｅｎｏｇａｓａｅｖｌｅ，ｔｎｔｉｇｓｔａｆｒｄｂｓｄｏＴｆｏｓｔａｏａｎｔｅｕｎｙｐｄｉｔｒｙｃｌａｕｈｅｉｐｕｍａｅｉｒｎｓｍｅａｅｎＦＦｒｍｐａｉｌｄｍｉｏｆｑｅｃｏｒ
Ａｅｍｅｈｏｏｄｅｗａｅｅｒｉａｄｅａｉａｉｎｎｗｔｄｆｒｕｎｒｔｒｔｒａｎ－ｉｄｎｖｇｔｏ
ｘｕｎ— ｉ一。ＨＵＡＮＧｎＷＵＺｕｙＤｏｇ— ，ＺＨＡＯｎ．ｕｎＨｏｇ１ａ
（．ｃｏｌｆａｔ１ＳｈｏｏＥｒｈ＆ＳａｅＳｉｃ，Ｐｋｎｎｖｒｔ，Ｂｉｎ０８１ＣｉａｐｃｃｅｅｅｉｇＵｉｓｙｅｉｇ１０７，ｈｎ；ｎｅｉｊ
２．ｃｏｌｏｍｐｕｅｃｅｃ＆Ｔｅｈｏｏｙ，ＳｎｏｇＪａｚｕＵｎｖｒｉｙ，Ｊｎｎ２０１ＣｈｎＳｈｏｆＣｏｔｒＳｉｎｅｃｎｌｇｈａｄｎｉｎｈｉｅｓｔｉａ５０１，ｉａ；
ｖｈｃｅ．ａｉｉｎａｌｅｉｌＴｒｄｔｏｌｙ，ａｈｅｅｈｏｄｒｉｅｏｅｎＵＴＡＮ，ｔｅｎｖｇｔｎａｄｐｓｔｏｉｇａｃｒｃｓｓｔｃｏｓｕｎｅｓｄｐｌｙｄｉｈａｉａｉｎｏｉｉｎｎｃｕａｙｉｏｖｒｏｅｙｌｗ．Ｉｔｉｐａｅ，ｔｅｎｈｓｐｒｈｍｕｔ— ｅｍｓｕｄｎｈｓｅｎｎｒｄｃｄｎｏｌｂａｉｏｎｉｇａｂｅｉｔｏｕｅｉｔＵＴＡＮ，ｔｅｈｗａｅｐｈｓｔｒｄｅｔｉ
第３４卷第６期
２１年６月０２
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ．４，Ｎｏ６１３．
ＳＨＩＣＩＰＳＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ源自Ｊｎ．，２２ｕ０１
水下地形辅助导航新方法仿真
徐遵义一，黄东武赵洪銮。，
（．１北京大学地球与空间科学学院空间信息集成与３Ｓ工程应用北京市重点实验室，北京１０７；０８１
３ＨｄｏｒｐｉＳｒｅｓｒａｅｏＴａｊｒｉｅＳｆｔＡｍｉｉｒｔｎＴａｊ０２２Ｃｉａ．ｙｒｇａｈｃｕｖｙｉｄｆｉｎｉＭａｉｍａｅｄｎｔｉ，ｉｉ３０２，ｈｎ）ＢｇｎｔｙｓａｏｎｎＡｓａｔＵｄｒａｒｔｒｉ—ｉｅａｉｔｎＵＡｉａｐｒｎｃｎｌｙｔｔｅｕｄｒａｒｂｔｃ：ｎｅｗｔｒｎａｄｄｎｖｇｉ（ＴＮ）ｓｎｉｏｔｔｅｈｏｏｈｎｅｔｒｅｅａａｏｍａｔｇｏｗｅ
矩特征进行精匹配，现导航定位。对基于不同实验获取的实测海底地形图、性导航数据、ＧＳ数据以及多波束实惯ＤＰ
实测数据进行了实验室仿真。仿真结果表明，方法可以极大地提高水下地形导航定位精度，ＩＳ误差降低到原新使Ｎ误差的１％以内，尤其是在ＩＳ初始误差较大时（于３ｋ导航定位精度改进更好。５Ｎ小ｍ）
ｄｏａｎ．ｈｅＦｏｉｒｐｈｓｃｒｅａｉｎｅｈｉｕｓｕｓｄｔｓｉｔｈａｄｉａｅｔａｓａｉｎｎｏｄｒｔｍｉＴｕｒｅａｅｏｒｌｔｏｔｃｎｑｅｉｅｏｅｔｍａｅｔｅｃｎｄｔｒｎｌｔｏｓｉｒｅｏｄｃｅｓｓａｃｉｇｓａｅｈＨｕｉｖｒａｌｍｏｅｔｒｔｎａｌｅｏｏｔｉｔｅｂｓａｃｉｇｆｏｅｒａｅｅｒｈｎｐｃ．ＴｅｎａｉｂｅｍｎｓａｅｈｅｐｐｉｄｔｂａｎｈｅｔｍｔｈｎｍｒｃｎｄｄｔｒｎｌｔｏｓｏｔｉｅｏｐｓｏｒｌｔｏＢａｅｎｄｆｅｅｔｅｐｒｍｅｔｏｏｔｉｈｅｍｅｓｒｄａｉａｅｔａｓａｉｎｂａｎｄｆｍｈａｅｃｒｅａｉｎ．ｓｄｏｉｒｎｘｅｉｎｓｔｂａｎｔａｕｅｒｆｓａｅｏｇａｈｅｂｄｔｐｏｒｐｙ，ｎｖｇｔｏｔｎｌｉｂａｓｕｄｎａａｍｅｓｒｄ，ｔｅｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｓｓｏａｉａｉｎｄａａａｄｍｕｔ— ｅｍｏｎｉｇｄｔａｕｅｈｘｅｉｎａｅｕｔｈｗｔｅｐｒｐｓｄｍｅｈｄｃｎａｑｒｉｈｅｃｕａｙｏｈｅｎｖｇｔｏｎｏｉｏｉｇｆｒＵＴＡＮ，ｔｅｅｒｒｆｈｏｏｅｔｏａｃｕｉｅｈｇｒａｃｒｃｆｔａｉａｉｎａｄｐｓｔｎｎｏｉｈｒｏｓｏ
２山东建筑大学计算机科学与技术学院，东济南２００；．山５１１３天津海事局海测大队，．天津３０２）０２２
摘要：水下地形辅助导航是水下运载体导航定位技术研究的关键技术之一。传统的水下地形辅助导航采