水下机器人地磁组合导航中iccp算法的改进-(5959)

《水下机器人地磁组合导航中iccp算法的改进-(5959)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、哈尔滨工程大学硕士学位论文水下机器人在导航定位到这--,J,范围后，可以打开水下摄像装置自动寻找任务目标开展水下作业工作。1．2水下机器人的应用与分类水下机器人诞生于20世纪30年代，早期水下机器人主要用于替代潜水员进行深海探测与打捞、水下电缆铺设与维护等，例如美国海军1966年在西班牙海域使用CURV-1水下机器人成功捞起到由于故障坠入海底未引爆的氢弹【l】o1987至1989年前苏联使用MT-88型水下机器人参与失事潜艇搜索。进入21世纪，水下机器人已经搭载上了现代化的探测设备与“操作手臂”，在海下油气开采，海洋科学探测以及水下侦查等领域“大展身手”。我国从起初的跟

2、踪引进外国技术，到研究消化吸收，再到后来的自主研发经历了数十年时间，2005年哈尔滨工程大学水下机器人项目通过国家“863项目专家组验收，成为首台我国自主研发的水下探测机器人。2008年中科院沈阳自动化所开发了具有全自动和人工控制双模式的水下平台式机器人“北极ARV”并在北极超低温条件下进行了我国首次冰盖下海洋环境探测，获取了大量基于海冰位置信息的海冰厚度、光学及海冰底形态等多项关键的科学数据。水下机器人按与水面支持系统的连接方式可以分为有缆水下机器人(remotelyoperatedvehicle，简称ROV)和无缆水下机器人(autonomousunderwater

3、vehicle，简称AUV)；按动力来源及移动形式可以分为拖曳式、自主式和海底爬行移动式。俄罗斯著名机器人工程师亚斯特立鲍夫提出新一代水下机器人将是一种具备完全智能甚至可以自我学习的综合系统，其特点是具有高度的自主能力和学习能力，执行任务中不需要或很少需要人工干预，设定任务后能够自己做出行为决策和路径规划，因此它必将有更加广泛的使用领域和价值，这也是未来水下机器人发展的要求【2】[31。美国和欧盟从1997年即已开展非传统意义导航的联合研究，在这个计划中采用的导航方式的核心就是以ICP算法为基础的综合匹配算法。1．3组合导航的现状与特点通过导航计算机将原本单独工作的各要

4、素有机的联合在一个框架下，使各种设备发挥特点，然后利用先进的数据处理方法，在各设备参数不完全一致的条件下，综合提供解决方案，向用户显示包括速度，姿态、高程(深度)等载体运行信息。2第1苹绪论1．3．1组合导航算法的国内外研究现状已经成熟的图像处理技术为我们提供了可借鉴的MAGCOM(MagneticfieldContourMatching)算法。它属于一种数字地形图像的匹配方法，而成熟的匹配算法大体可以分为两类：连续递推滤波技术与断续的批处理相关度技术【4】。连续的递推滤波技术的想法是根据E．Kalman滤波实现数据融合，状态变量是空间坐标，地磁传感器的实测量是观测量。

5、由此可得到观测方程和状态方程，然后按照KallIlfl$1滤波的迭代算法求出空间位置的估计值。这样做的特点就是要求水下机器人在比较长的时间不问断进行Kalmarl滤波，这对惯性导航的初始误差要求很高，而Kalman滤波的统计学模型不容易得到，如果滤波发散则更加麻烦。使用最广泛的桑迪亚地形辅助导航SITAN(SandiaInertialTerrainAidedNavigation)就是根据E．Kalman原理开发的。由于需要对地形进行线性化估计，所以当我们把该技术引入地磁场导航中，也必须对地磁信息进行线性估计，而这个范围不大，故而该算法应用的不多。序列相关度的批处理算法主

6、要是将地磁实测数据量化为许多“相关序列”。根据制备的数字地磁图搜索符合规定的其他相关序列，然后按照相关性程度，把地磁图里对应的坐标序列当作真实坐标估计。这样做不复杂而且能随时开启，不使用时关闭，重开时不会影响连续性，不需要惯性导航具有很高的初始误差，自身没有误差累计，采样、定位精度高，使用便捷。根据分类角度不同，可以将序列相关度的批处理算法分为两个大类：一个是突出序列间的相似度，比如互相关法(COR)以及相关系数法(CC)；另一个突出序列间“差别程度”，例如均方误差法和平均绝对差法。这种算法对制备的数字地磁图的分辨率要求极高，水下机器人不能在数据测量时自由运动【51。根

7、据各种算法原理的差异，它们的应用领域也各不相同，比如空间轨道上的运载体首选E．Kalman滤波的算法，而对于机动性强的运载体我们更倾向于使用相关度度量算法。近年来针对重力、地形匹配的算法越来越受到重视，这也启发我们将这些算法使用在水下机器人的地磁匹配算法中，例如，序列相关匹配的地形匹配“最近点迭代逼近算法”，即ICP(IteratedClosestPoint)算法、极大极小距离算法等。“基于等值线的最近点迭代逼近算法”，即ICCP(IterafiveClosestContourPoint)算法是ICP算法的特例，实质是基于几何学原理的“多