多水下潜器协同定位概述和作用（55页）.pptxVIP

多水下潜器协同定位概述和作用

1

协同概念

2

国内外研究进展

水下定位技术概述

技术特点与难点分析

协同定位中的滤波算法

6

水声通信特性与测距误差

内容

4

3

5

1.水下多AUV协同定位的重要意义

21世纪是海洋的世纪，是全世界大规模开发利用海洋资源，扩大海洋产业、发展海洋经济和争夺海上权益的新时期。由于受海洋苛刻的自然条件以及人自身的生理条件所限，人类对海洋的探索还处于比较肤浅的阶段。

就当前的发展而言，水下导航问题仍然是无人水下航行器所面临的主要技术挑战之一。导航系统必须提供远距离及长时间范围内的精确定位、速度及姿态信息，受体积、质量、能源的闲置及水声介质的特殊性、隐蔽性等因素的影响，实现航行器的精确导航是一项艰难的任务。

水下高精度导航是无人航行器完成任务的关键，尤其对多水下航行器协作系统显得至关重要，这对于多航行器系统的编队保持与控制，相互间的高效协同作业起着决定性作用。

一、协同概念

利用多自主水下航行器（AUV）协同作业不仅能够承担单体航行器难以

胜任的诸多复杂任务，如大面积的海洋环境调查、海底地形地貌勘探、失事船只有哪些信誉好的足球投注网站以及军事上的情报收集、水雷探测、沿岸反潜、中继通信等，而且具有高效率、高可靠性、高质量的优点，具有广阔的应用前景，示意图如图1所示。进行多航行器协同作业首先需要确定每个航行器的相对位置关系，即解决多航行器协同导航定位问题。

一、协同概念

图1水下AUV协同探测、扫雷示意图

2.水下多AUV协同定位问题的界定及其定义

2.1协同的概念

协同原本指的是一种物理和化学现象，也称为协同作用，是指两种或多

种组分一起加入，混合在一起，所产生的作用大于各种组分单独应用时作用的总和。而其中对混合物产生这种效果的物质称为增效剂。

赫尔曼·哈肯(德国物理学家)在上世纪70年代第一次提出了协同的定义,并出版了相关书籍《协同学导论》等，对协同理论进行了系统地阐述和分析，指出整体环境中存在的若干子系统，它们之间有着相互作用、相互影响的联系，并非是独立存在的。在社会中类似的现象比比皆是，比如企业中的各个单位既会相互干扰和制约，又会相互配合和协作等。可以将一个企业看成协同系统，利用协同操作来实现资源的有效利用。这样的企业整体效益大于独立作用的总和的一部分，常常被描述为“2+2=5”或“1+12”。

一、协同概念

2.2多AUV协同导航概念的提出

由于AUV导航系统必须在长时间跨度、远距离范围提供精确的位置信息、

速度信息和姿态信息，同时还必须考虑体积、质量、能量约束和特殊水下环境、隐蔽性和其他因素，使得实现AUV的精确导航定位成为一项艰巨的任务。

AUV导航主要可以分为两类：基于自身敏感器件信号的自主导航与基于外部信号的非自主导航。按()多航念，的提以分为惯性导航、地磁辅助导航、无线电导航、地形匹配导航、光学导航、声学导航、仿生学导航、重力场辅助导航等

导航系统。根据使用区域不同，又可以分为3层:近海面区域(水深300m)、中间层区域(300m水深2000m)、海底区域(距海底100m)，如图2所

示。

一、协同概念

海地区域

(距海底≤100m)

海底地形匹配导航

将测得海底地形与存储的地形图进行比较，来决定AUV自身的位置

较高

地磁场辅助导航

将地磁基准图网格化后存储于数字计算机中，由磁力仪实时测得地磁数据序列，以进行匹配导航,干扰信息大

一般

中间层水域

(300m≤水深

≤2000m)

无线电导航

将导航信息通过无线电波发送给AUV，以测定航位和引导航行

较高

重力场辅助导航

与地磁场辅助导航类似，利用重力场的物理特性来辅助导航，干扰信息大

一般

卫星导航

AUV接收卫星的导航信息，进行导航，精度高，实时性好

高

惯性导航

利用惯性敏感器件进行航位推算，误差随时间积累

较高

协同导航

多AUV间测距与通信，实现导航信息共享与互相修正，提高AUV编队导航精度

高

适用区域

名称

特点

导航精度

近海面水域

(水深≤300m)

一、协同概念

2.3多AUV协同导航特殊性讨论

和其他平台相比，多AUV的协同导航在运动方式、工作环境、设备配置、工作时间与负载等方面都有其特殊性：

□AUV需执行水下巡逻、探测甚至进攻等任务，AUV在水中同时受到重力、浮力与水的阻力等同时作用，推进动力参数、外测速度参数、姿