水下機器人導航技術（簡體書）

本書由國家自然科學基金（51309066）和總裝預研基金（010314008）支持，是關於無人水下航行器導航系統以及多無人水下航行器協同導航系統涉及的關鍵技術的專著。簡要介紹了國外多款著名無人水下航行器導航系統的組成及參數，回顧了水下組合導航技術的國內外發展現狀。重點介紹了多種改進的無跡卡爾曼濾波算法在無人水下航行器推位導航系統、大潛深無人水下航行器慣導系統純距離誤差修正、基於單領航者相對距離測量的多無人水下航行器協同導航以及無人水下航行器同步定位與製圖問題中的應用。本書涉獵的導航技術手段全面詳實，可作為從事無人水下航行器導航技術研究人員的參考書和工具書，也可作為無人水下航行器相關專業的本科生和研究生教材。

目錄
《智能科學技術著作叢書》序
前言
第1章 緒論 1
1.1 水下機器人與導航系統 1
1.1.1 水下機器人簡介 1
1.1.2 UUV常用水下導航系統 7
1.1.3 AUV導航系統實例 11
1.2 AUV自主導航關鍵技術 22
1.2.1 水下組合導航數據融合技術 22
1.2.2 水下同步定位與建圖技術 23
1.2.3 水下協同導航技術 26
參考文獻 27
第2章 水下機器人導航傳感器數據處理方法 32
2.1 水下機器人導航系統與傳感器 32
2.2 坐標系及歐拉角定義 33
2.2.1 坐標系定義 33
2.2.2 基於歐拉角的姿態描述 35
2.3 微慣性測量單元標定 36
2.3.1 慣性器件確定性誤差模型 36
2.3.2 標定實驗 36
2.4 MEMS慣性器件隨機誤差辨識 38
2.4.1 Allan方差及其頻域等價形式 38
2.4.2 遞推Allan方差 43
2.4.3 隨機誤差辨識 43
2.5 多普勒測速儀濾波 57
2.5.1 隨機誤差分析 58
2.5.2 自適應Kalman濾波器 60
2.5.3 算法性能檢驗 63
參考文獻 65
第3章 水下機器人推位導航技術 67
3.1 小型AUV推位導航系統的集成結構 68
3.2 MAHRS的工作原理與磁偏角分析 69
3.2.1 MAHRS工作原理 69
3.2.2 磁偏角分析 70
3.3 UKF數據融合算法 72
3.3.1 無味變換 72
3.3.2 經典UKF算法 74
3.4 基於Kalman濾波算法的磁偏角辨識模型 76
3.5 基於模糊邏輯的自適應UKF推位導航算法 77
3.6 小型AUV推位導航系統湖上試驗 78
3.6.1 磁偏角辨識試驗 80
3.6.2 自適應UKF推位導航試驗 82
參考文獻 85
第4章 大潛深AUV慣導系統純距離誤差修正算法 86
4.1 純距離慣導系統誤差修正算法模型 87
4.1.1 系統模型 87
4.1.2 濾波模型能觀性分析 88
4.1.3 純距離觀測下濾波模型能觀性分析 89
4.1.4 深度測量值輔助的濾波模型能觀性分析 90
4.2 純距離誤差修正算法框架 92
4.2.1 強跟蹤UKF算法 93
4.2.2 強跟蹤平方根UKF算法 95
4.2.3 漸消因子算法優化 100
4.3 純距離誤差修正仿真試驗 101
參考文獻 104
第5章 AUV水下同步定位與製圖算法 106
5.1 Sage-Husa自適應UKF算法 107
5.2 AUV水下SLAM算法濾波模型 109
5.2.1 運動學模型與特徵模型 109
5.2.2 觀測模型 110
5.3 前視聲呐線特徵提取算法 111
5.3.1 前視圖像聲呐工作方式 111
5.3.2 聲呐數據處理 112
5.3.3 聲呐數據坐標處理 114
5.3.4 線特徵提取 116
5.4 仿真試驗分析 122
5.4.1 坐標系與子地圖 124
5.4.2 仿真試驗與分析 125
參考文獻 127
第6章 基於單領航者相對距離測量的多AUV協同導航定位算法 128
6.1 系統網絡與定位原理 128
6.2 濾波模型定義與性能分析 130
6.2.1 基於位置誤差的濾波模型 130
6.2.2 協同導航系統定位誤差的上界 131
6.3 魯棒UKF算法 134
6.3.1 H∞濾波問題的表達 135
6.3.2 次優H∞濾波問題的解 136
6.3.3 基於UT的H∞濾波 137
6.4 協同導航仿真試驗 140
參考文獻 143