基于iccp的水下潛器地形輔助導(dǎo)航方法分析

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1、哈爾濱T稗大學(xué)碩十學(xué)何論文第1章緒論1．1發(fā)展水下導(dǎo)航技術(shù)的重要性海洋，作為人類生活的三大空間體系之一，占地球表面積71％，蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源、生物資源和能源。自19世紀(jì)以來，人們就開始利用各種手段不斷地對(duì)海洋進(jìn)行勘探。進(jìn)入新世紀(jì)，一方面由于人口膨脹而造成的資源短缺和環(huán)境污染問題日益突出，另一方面由于海洋的低利用率，人們開始將焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了這塊尚未完全開發(fā)的寶地。由于海洋環(huán)境的特殊性，一直以來，海洋都顯得陌生而神秘。以海底地形地貌為例，以前人們對(duì)海洋地形的認(rèn)識(shí)單一，直到1927年，德國“流星號(hào)’’用回聲測(cè)深儀系統(tǒng)測(cè)量南大西洋海底地形時(shí)，人們才驚訝地發(fā)

2、現(xiàn)海底和陸地一樣，有高山、深谷，也有平原和盆地¨1。進(jìn)入新世紀(jì)，隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，水下機(jī)器人作為一種高技術(shù)手段，極大地延伸了人類的觸角，在海底這塊人類未來最現(xiàn)實(shí)的可發(fā)展空間的中扮演著越來越重要的角色。因此，要想在海洋資源開發(fā)中取得主動(dòng)權(quán)，就必須大力推動(dòng)水下機(jī)器人的發(fā)展。用于海洋觀測(cè)考察和開發(fā)的水下機(jī)器人，主要有載人潛水器(MannedUnderwaterVehicles，MUV)和無人潛水器(UnmannedUnderwaterVehicles，UUV)口1。最早用于水下探測(cè)的便是載人潛器，其技術(shù)發(fā)展至今，相較于無人潛水器，技術(shù)要更加成熟。

3、但考慮到工作環(huán)境的特殊性，載人潛水器雖然易于實(shí)現(xiàn)卻又無法在深海發(fā)揮作用，其工作范圍有相當(dāng)?shù)木窒扌裕焕诳沙掷m(xù)發(fā)展和探測(cè)。無人潛水器，即一般意義上的水下機(jī)器人，它按照是否與母船有物理連接，又可分為無人遙控潛水器(RemotelyOperatedVehicle，ROV)和自治水下機(jī)器人(AutonomousUnderwaterVehicle，AUV)。ROV與水面母船之間由臍帶電纜連接，母船借助臍帶電纜既可以向機(jī)器人傳輸動(dòng)力，又可實(shí)時(shí)傳輸控制信號(hào)，對(duì)機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行部署；同時(shí)處于水下作業(yè)的ROV借助臍帶電纜，可及時(shí)地向母船傳輸數(shù)據(jù)／圖像信號(hào)，構(gòu)成

4、一個(gè)非常成熟的閉環(huán)操作系統(tǒng)p1。而AUV與母船之間則沒有物理連接，它是依靠自身攜帶的動(dòng)力及機(jī)器智能自主航行。兩者相比可以看出，有纜哈爾濱1．群人學(xué)碩十學(xué)位論文ROVm然技術(shù)成熟，但由于受限于臍帶線，并不適合大水深、廣水域作業(yè)，山j(luò)wHj：輔助海底打油的勘探工作。雖然ROV也可以借助超出波聯(lián)系，達(dá)劍去除纜繩的日的，但由于超聲波在水F的傳送能力有限，Ⅱ易受到干擾，圖1．2CR．叭6000m自治水下潛器川竹度還有待考察：而從AUV本身的設(shè)計(jì)來看，雖然沒有臍帶糾纏，具有活動(dòng)范圍大、潛水深度大、且不需要龐大水面支持系統(tǒng)、運(yùn)行和維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，然而受相芙技術(shù)

5、發(fā)展水平的限制，月前AUV還不如ROV那樣成熟“，其rfl制約AUV發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)主要有：1．導(dǎo)航定位系統(tǒng)及傳感器(NavigationandSensors)2控制系統(tǒng)(Controlsystem)哈爾濱T稃大學(xué)碩+學(xué)何論文3．動(dòng)力或推進(jìn)系統(tǒng)(Dynamicssystem)4．通信方法(Communication)5．能量來源(Powersystem)6．導(dǎo)流罩和耐壓板(FairingandPressureHulls)7．機(jī)械操作系統(tǒng)(MechanicalManipulators)以上列舉的每一個(gè)部分都是研制自主水下航行器所必需的。可以看出，自主水

6、下航行器的研制是一項(xiàng)需要將多方面的科學(xué)技術(shù)進(jìn)行綜合的復(fù)雜工程，其中最為重要的問題就是導(dǎo)航問題。可以設(shè)想一下，當(dāng)潛器身處海底時(shí)，且不論潛器的任務(wù)是什么，它的首要前提就是要有精確的定位保證，只有先知道了在哪里?才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)去哪里?以及如何到達(dá)的問題?因此，成熟的導(dǎo)航定位技術(shù)是研制水下航行器的必要前提。1．2水下導(dǎo)航方法在目前水下導(dǎo)航方法的實(shí)際運(yùn)用中，單一的方法，其精度、可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足遠(yuǎn)程、長時(shí)間航行AUV發(fā)展的需要，為了使AUV具有在不同地形特性的區(qū)域內(nèi)仍能達(dá)到較高的導(dǎo)航要求，通常采用了組合導(dǎo)航的思想，在某一區(qū)域內(nèi)以具有優(yōu)勢(shì)的導(dǎo)航方法為主，(一般

7、是慣性導(dǎo)航為主)其它方法為輔，將多種導(dǎo)航技術(shù)適當(dāng)?shù)亟M合起來，從而達(dá)到降低成本、提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度、可靠性等多種功用的目的?？v觀水下輔助導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，主要有以下幾個(gè)導(dǎo)航方向：1．慣性導(dǎo)航慣性導(dǎo)航(InertialNavigationSystem，INS)是上個(gè)世紀(jì)初發(fā)展起來的導(dǎo)航技術(shù)。其基本原理是根據(jù)牛頓提出的相對(duì)慣性空間的力學(xué)定律。該系統(tǒng)首先利用陀螺、加速度計(jì)等慣性元件測(cè)量載體在運(yùn)動(dòng)過程中的加速度，然后經(jīng)積分計(jì)算，便能得到載體的位置與速度等導(dǎo)航參數(shù)【51，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)潛器的定位跟蹤。由于慣性導(dǎo)航具有自主性等特點(diǎn)，目前已被廣泛用于軍事和民用領(lǐng)域。2。

8、聲學(xué)導(dǎo)航相對(duì)于電磁信號(hào)來說，聲信號(hào)可以在水下傳播較遠(yuǎn)的距離，因此聲發(fā)射機(jī)可以作為信標(biāo)來引導(dǎo)AUV的航行。目前，AUV采用的