水下无人航行器组合导航研究

本科毕业设计论文题目水下无人航行器组合导航研究

专业名称

学生姓名

指导教师

毕业时间2014.06

毕业

任务书

一、题目

水下无人航行器组合导航研究

二、指导思想和目的要求

1.利用已有的专业知识，培养学生的解决实际工程问题的能力

2.锻炼学生的科研工作能力和培养学生团队合作及攻关能力

三、主要技术指标

1.捷联惯导原理分析及模型建立

2.应用卡尔曼滤波方法建立组合导航系统模型

3.应用matlab进行仿真实现

四、进度和要求

第01周----第02周：撰写开题报告；

第03周----第05周：组合导航相关基础知识学习；

第06周----第07周：熟悉Matlab等相关软件；

第08周----第13周：设计组合导航滤波方案和滤波器结构；

第14周----第16周：对设计方案进行实验验证；

第17周----第18周：撰写毕业设计论文，论文答辩。

五、主要参考书及参考资料

[1]胡小平．自主导航理论与应用．国防科技大学出版社．2002.

[2]万海. 多传感器数据融合及其应用. 西安电子科技大学出版社. 2004.

[3]干国强. 导航与定位. 国防工业出版社. 2000.

[4]秦永元. 卡尔曼滤波与组合导航原理西北工业大学. 1998.

[5]邹维宝. INS/GNSS/SAR组合导航系统及其智能化信息融合技术的研究. 西北

工业大学.

[6]Dasgupta Sumantra. An augmented-reality-based real-time panoramicvisi

on System for autonomous navigation．IEEE Transactions on Systems，Man，and Cybernetics Part A：Systems and Humans．2006.

I

[7]Kalman R E. A new approach to liner filtering and prediction problems

Journal of Basic Engineering Trans.On ASME. 1960.

学生___________ 指导教师___________ 系主任___________

II

摘要

传统的导航系统很难满足水下航行器精确导航定位的要求，尤其在长续航、大航程时问题尤为突出。本文结合国内外导航技术发展的实际状况和发展方向，同时考虑水下航行器使用的特殊性，设计了水下航行器组合导航系统，通过定时引入GPS导航信息，解决了捷联惯导和多普勒组合导航情况下，定位误差随时间而积累的问题，通过仿真研究，结果表明本文所研究的设计方案合理，能够效提高长续航、大航程时水下航行器的定位精度。

全文理论研究工作和研究成果如下：

1 水下航行器的捷联惯导系统设计。详细推理了捷联惯导系统的基本导航算法,进行了捷联惯导基本的位置、速度、姿态的公式推理。并系统分析了捷联式惯导系统的误差特性，同时建立了其误差模型方程。

2研究了全球定位系统(GPS)和多普勒导航系统。对全球定位系统和多普勒导航系统导航定位的基本组成、导航原理进行了研究，分析了其误差来源并建立了相应的误差基本模型。

3设计了水下航行器组合导航系统。在综合各种导航系统误差的基础上，针对长续航、大航程水下航行器的导航特点，通过航行器定时上浮接受GPS导航信息，设计了水下航行器组合导航系统。仿真结果表明在定时引入GPS导航信息后，该导航系统能够使水下航行器定位精度有很大提高，基本克服了SINS/DVL 组合导航系统中定位误差随时间累积的问题。

关键词:水下航行器，捷联惯性导航，GPS，多普勒导航，组合导航

III

ABSTRACT

As the traditional Navigation System can’t satisfy the requirements of the Navigating position of the Autonomous Underwater Vehicles(AUV),especially in the long time and long range travel. Based on the practical thing and the developments of navigation technique,we design the Integrated Navigation System of the AUV in this paper. Using timing introducing GPS navigation information,we solve the question of the positional error accumulated with the time due to strapdown inertial navigation system(SINS) and DoppIer Navigation System.And by means of simulation study,the result indicates that the design method in this paper is proper,which can increase the positioning accuracy of UA V in the long time and long range travel.

The main research work is done as follows:

Design the strapdown inertial navigation system of AUV. The basic navigation algorithm of SINS is inferenced detailedly.We make the formula derivation of the basic position, speed and attitude of the strapdown inertial navigation,and analysis the error characteristics of SINS systematically.And at the same time we establish its error model equation.

Research the composition of GPS,the basic principle of navigation position一setting,and the analysis of data error.Aimed at the different error source,this paper establish the variant basic error model.This paper detailedly Introduce the Doppler velometer, electric gyrocompass and strapdown flux一gate azimuth finder,and so on,which compose the Doppler navigation system.Research the operating principle and error source of the subsystem. Deduce the error formula,and establish its error model.

Design of the Integrated Navigation system of AUV. Based on the various navigation system error,aimed at the navigation characteristic in the long time and long range travel,by means of the vehicle receiving the GPS Navigation information by timing rise,we design the Integrated Navigation System.The simulation result

IV