理论教育 多自主水下航行器导航与控制技术发展现状

多自主水下航行器导航与控制技术发展现状

时间:2023-08-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:多AUV协作系统在水下执行任务时,不同的编队队形、未知洋流的干扰、辽阔的海域导致声信号传播的延迟以及AUV自身时钟同步的精度都会影响协同导航定位的精度。尽管目前多数研究仍以理论研究、模拟分析以及小型验证试验为主,但多AUV协同定位仍有一些规模较大的典型应用和试验。

多自主水下航行器导航与控制技术发展现状

机器人协同定位问题是在研究陆上机器人时开始被提出的,相关研究较多,研究文献也比较丰富[10]。协同定位问题研究的重点之一是怎样利用机器人携带的有限导航资源和机器人间的拓扑结构构建协同导航算法并保证算法可靠性的问题。在协同结构中如何抑制误差增长从而提高定位精度无疑是协同导航研究的主要目标之一。

基于陆上移动机器人的相关研究,中国科学院沈阳自动化所开展了多AUV协作系统的研究,比较了水下多AUV协同定位和其他定位方法,并将平行式和主从式协同定位方法进行了比较。

多AUV协作系统在水下执行任务时,不同的编队队形、未知洋流的干扰、辽阔的海域导致声信号传播的延迟以及AUV自身时钟同步的精度都会影响协同导航定位的精度。西北工业大学刘明雍、李闻白等[11]针对单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统,利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程;在此基础上,通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程,得到了其在稳态情形下的方差上界估计。

哈尔滨工程大学高伟、徐博[12]等针对多AUV协同定位过程中水声通信延迟造成的定位失效问题,提出了一种基于状态估计均方误差最小的延时扩展卡尔曼滤波定位误差修正方法,并针对双领航者多AUV协同导航系统的可观测性进行了定性和定量分析,得出了系统可观测性大小取决于主从AUV间的距离向量以及从AUV速度向量之间的相互关系,同时还提出一种基于双主交替领航的多AUV协同导航方法,并进行了试验验证,为利用双主交替领航提高系统可观测性提供了理论依据。(www.daowen.com)

在实际信息传播过程中,除了水声传播延迟外,还有信号发射处理延迟以及信息出序到达的问题。卢健[13]设计了单领航者相邻周期和三领航者同一周期的非顺序量测融合处理算法,将出序量测信息直接对从AUV最新的被估计状态进行更新,在信息无损的前提下完成状态的实时估计过程。

尽管目前多数研究仍以理论研究、模拟分析以及小型验证试验为主,但多AUV协同定位仍有一些规模较大的典型应用和试验。

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