基于多源信息融合技术的水下机器人导航系统设计开题报告

全文总字数：6146字

1. 研究目的与意义（文献综述）

海洋覆盖地球表面积的71%，富含大量的石油，天然气，稀有金属等宝贵的资源。随着陆地资源的消耗和保护，海洋资源的开发利用成了各个国家的重要研究课题。但是海下环境复杂，人类自行勘测有很高的危险性和不完整性。水下机器人可以替代人力劳动，进行勘测巡检等作业任务，降低勘测的危险性，提高准确性。导航和定位技术是所有海洋开发和海洋技术发展的必要前提条件。因此，自主水下航行器是开发利用深海资源，调查深海环境和利用深海空间的关键技术装备，而精度高，稳定性好的导航定位系统是自主水下航行器安全，可靠性地执行水下任务的技术保障。而对于水下机器人导航系统和定位系统的研究在理论和应用上都有重要意义^[1]。

水下机器人可分为遥控水下机器人(rov:remotely operated vehicle)、自治水下机器人(auv:autonomous underwater vehicle)。小型auv具有易于操作、机动性强、价格低廉、搭载方便等优点。可用于执行复杂海洋环境下的各种水下观测、矿产勘探等任务，还可以执行海港监视、舰船底部爆炸物勘测、反水雷作战等任务。随着mems、导航、探测、动力等共性技术以及系统集成技术的发展，小型auv正逐渐成为近海开发、近海防卫的重要手段。小型auv在执行各种水下任务时，要求导航、制导和控制(ngc:navigation guidance and control)系统之间能够互相协调实现正常运转。导航系统为小型auv提供位置和姿态信息。导航系统技术是决定小型auv的ngc系统技术协调发展与应用的关键问题，对其执行各种水下任务具有决定性意义，是决定小型auv技术水平的一个重要标志。由此可见，小型auv精确的导航定位能力，是其能够成功执行水下任务的基本要素，在小型auv执行任务时，为了确保其收集信息的准确性和有效性，必须准确知道小型auv的位置、航向等导航信息^[2]。水下航行器的精确导航和定位能力是海洋探测中最重要的部分。由于通信的局限性、成本的限制和信标使用条件的限制，auv的导航和定位依赖于配备的航位推算算法的传感器^[3]。但海面下情况复杂，仅根据单个传感器传递的信息进行处理分析，不符合实际要求。在这一情况下，auv多源信息融合技术被提出。

auv多源信息融合技术就是将多个渠道，多方位采集来的局部海洋环境信息加以关联、综合，消除多源信息中存在矛盾的信息，并将信息加以互补，降低信息的不确定性，形成相对完整一致的海洋环境描述信息的过程。通过这一技术，可以提高auv系统的智能水平，增加auv系统在任务决策、规划以及故障处理等方面的正确性，降低决策风险。对多源信息进行多层次、多级别、多方面处理，产生更多有意义的信息^[4]。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

本文通过全面了解auv水下机器人多源信息融合导航技术，建立合适的导航定位系统，通过多个传感器采集auv水下机器人自身和周围环境信息。根据信息分析机器人的位置、姿态、路障情况。再利用导航定位系统对机器人的行进路径进行规划。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外多源信息融合技术下的水下机器人导航系统的发展现状及应用，针对多源信息融合技术下的水下机器人导航系统，详细分析其系统组成及算法模型； （第4周—第5周）

（3）搜集导航系统所需传感器的类型和参数，进行相关传感器的试验，并分析讨论水下机器人导航系统适合的传感器的组合方式，建立合适的导航系统； （第6周—第7周）（4）学习姿态解算和路径规划相关算法知识及软件的使用方法，根据采集的实际数据，利用导航系统进行计算分析；（第8周—第10周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王磊. 深海auv多源导航信息融合方法研究[d].东南大学,2015.

[2]张强. 小型auv水下导航系统关键技术研究[d].哈尔滨工程大学,2011.

[3]lanyong zhang,lei liu,lei zhang. research on position correction method for auv large depth navigation based on ranging positioning[j]. computer communications,2020,150.