基于水声伪距的多自主水下航行器协同定位算法研究

协同定位是实现集群自主水下航行器（AUV）协同作业的关键。本项目针对水声测距不确定条件下集群AUV协同定位问题，提出水声伪距数学模型，考虑系统非线性特性，建立将水声伪距与协同定位算法统一的滤波算法，并分析编队队形与协同定位误差内在影响关系，寻求最优编队形式，最终实现整个编队的高精度协同定位。项目研究包括（1）通过分析集群AUV的运动学特性与水声观测特性，提出水声伪距数学模型，减少水声测距误差对集群AUV协同定位的影响；（2）通过理论与仿真分析，将水声伪距方程与协同定位算法结合起来，构建联合非线性滤波器，得到一体化集群AUV协同定位算法；（3）通过建立基于水声伪距协同定位的误差评估模型，研究不同编队队形对协同定位精度的影响机理与量化分析方法；（4）建立协同定位仿真器及实验装置，验证并优化算法。通过本项目的研究，为集群AUV协同作业的应用提供有力的技术支持。

协同定位是实现集群自主水下航行器（AUV）协同作业的关键。本项目针对水声测距不确定条件下集群AUV协同定位问题，开展了深入的研究：第一，通过分析集群AUV的运动学特性与水声观测特性，建立了四种考虑不同水声环境特性的集群AUV协同定位模型，减少水声测距误差对集群AUV协同定位的影响；第二，基于建模的基础，构建联合非线性滤波器，设计了相关的多AUV协同定位算法，提高了协同导航定位精度，并通过仿真实验验证了算法的有效性；第三，提出了虚拟AUV概念，研究了编队结构对协同导航定位精度的影响，并结合实际工程应用，分情况推导出最优编队队形；第四，建立了多机器人实验平台，对本项目所设计的协同定位算法进行了多AUV平台的陆上实验验证；第五，针对时钟同步问题，提出了一种基于DSP的精确时钟同步设计方案，多次时钟校准实验表明，所设计的控制器满足了多AUV协同作业在时钟同步方面的需求。通过本项目的研究，完成了一部有特色的水下协同导航专著，并为集群AUV协同作业的应用提供有力的技术支持。