水下机器人导航技术

　　《水下机器人导航技术》面向海洋工程领域的技术研发需求，简要总结了水下机器人及其常用水下导航相关技术的国内外研究现状，重点研究了水下机器人导航系统典型技术，包括：水下机器人导航传感器数据处理方法、水下机器人推位导航技术、大潜深AUV惯导系统纯距离误差修正算法、AUV水下同步定位与制图算法、基于单领航者相对距离测量的多AUV协同导航定位算法等，突出了理论性和实用性。

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目录
《智能科学技术著作丛书》序
前言
第1章 绪论 1
1.1 水下机器人与导航系统 1
1.1.1 水下机器人简介 1
1.1.2 UUV常用水下导航系统 7
1.1.3 AUV导航系统实例 11
1.2 AUV自主导航关键技术 22
1.2.1 水下组合导航数据融合技术 22
1.2.2 水下同步定位与建图技术 23
1.2.3 水下协同导航技术 26
参考文献 27
第2章 水下机器人导航传感器数据处理方法 32
2.1 水下机器人导航系统与传感器 32
2.2 坐标系及欧拉角定义 33
2.2.1 坐标系定义 33
2.2.2 基于欧拉角的姿态描述 35
2.3 微惯性测量单元标定 36
2.3.1 惯性器件确定性误差模型 36
2.3.2 标定实验 36
2.4 MEMS惯性器件随机误差辨识 38
2.4.1 Allan方差及其频域等价形式 38
2.4.2 递推Allan方差 43
2.4.3 随机误差辨识 43
2.5 多普勒测速仪滤波 57
2.5.1 随机误差分析 58
2.5.2 自适应Kalman滤波器 60
2.5.3 算法性能检验 63
参考文献 65
第3章 水下机器人推位导航技术 67
3.1 小型AUV推位导航系统的集成结构 68
3.2 MAHRS的工作原理与磁偏角分析 69
3.2.1 MAHRS工作原理 69
3.2.2 磁偏角分析 70
3.3 UKF数据融合算法 72
3.3.1 无味变换 72
3.3.2 经典UKF算法 74
3.4 基于Kalman滤波算法的磁偏角辨识模型 76
3.5 基于模糊逻辑的自适应UKF推位导航算法 77
3.6 小型AUV推位导航系统湖上试验 78
3.6.1 磁偏角辨识试验 80
3.6.2 自适应UKF推位导航试验 82
参考文献 85
第4章 大潜深AUV惯导系统纯距离误差修正算法 86
4.1 纯距离惯导系统误差修正算法模型 87
4.1.1 系统模型 87
4.1.2 滤波模型能观性分析 88
4.1.3 纯距离观测下滤波模型能观性分析 89
4.1.4 深度测量值辅助的滤波模型能观性分析 90
4.2 纯距离误差修正算法框架 92
4.2.1 强跟踪UKF算法 93
4.2.2 强跟踪平方根UKF算法 95
4.2.3 渐消因子算法优化 100
4.3 纯距离误差修正仿真试验 101
参考文献 104
第5章 AUV水下同步定位与制图算法 106
5.1 Sage-Husa自适应UKF算法 107
5.2 AUV水下SLAM算法滤波模型 109
5.2.1 运动学模型与特征模型 109
5.2.2 观测模型 110
5.3 前视声呐线特征提取算法 111
5.3.1 前视图像声呐工作方式 111
5.3.2 声呐数据处理 112
5.3.3 声呐数据坐标处理 114
5.3.4 线特征提取 116
5.4 仿真试验分析 122
5.4.1 坐标系与子地图 124
5.4.2 仿真试验与分析 125
参考文献 127
第6章 基于单领航者相对距离测量的多AUV协同导航定位算法 128
6.1 系统网络与定位原理 128
6.2 滤波模型定义与性能分析 130
6.2.1 基于位置误差的滤波模型 130
6.2.2 协同导航系统定位误差的上界 131
6.3 鲁棒UKF算法 134
6.3.1 H∞滤波问题的表达 135
6.3.2 次优H∞滤波问题的解 136
6.3.3 基于UT的H∞滤波 137
6.4 协同导航仿真试验 140
参考文献 143