极区多水下航行器协同定位技术研究

The polar region is very important to the future development of our country. The polar ocean environment survey, polar underwater topography survey, polar military intelligence collection, naval mine detection, coast anti-submarine, and relay communication and so on are must or necessary to research and explore for the polar development. In the process of complete the task, the unmanned underwater vehicle is the optimal choice. The unmanned underwater vehicle can not only complete various missions, but also can working with unattended operation. High-precision underwater navigation is the key of the unmanned underwater vehicle to complete the task, especially for the collaborative multiple underwater vehicle system, this is very important to the multiple underwater vehicle system formation and control and efficient collaborative working. This project is proposed to work on the polar multiple underwater vehicle co-location technology, solve the polar inertial navigation machinery layout scheme, propose efficient underwater vehicle collaborative localization algorithm, and solve the complex hydrological environment of strong polar stability problem such as collaborative navigation positioning scheme. Eventually form a complete set of scheme for polar navigation and positioning system. The research content of this project will be in the field of new exploration and attempt, it not only has important theoretical value for the development of the technology, but also has important significance for China's navy's military development.

极地对我国未来发展至关重要。极地海洋环境调查、极区海底地形地貌勘测、极区军事情报收集、水雷探测、沿岸反潜、中继通信等任务都是针对极区开发必须或是有必要研究探索与发展的。在完成上述任务过程中，采用无人水下航行器无疑是最优选择，无人水下航行器不仅能完成各类勘测任务，并且在工作过程中无人参与。水下高精度导航是无人航行器完成任务的关键，尤其对多水下航行器协作系统显得至关重要，这对于多航行器系统的编队保持与控制，相互间的高效协同作业起着决定性作用。本项目拟针对极区多水下航行器协同定位技术展开深入研究，意在解决极区惯性导航机械编排方案、高效水下航行器协同定位算法、复杂水文环境下的强稳定性极区协同导航定位方案等问题。最终形成一套完整的极区系统导航定位工作方案。本项目研究内容将是在该领域的全新探索与尝试，这不仅对于该项技术的发展具有重要的理论价值，而且对于我国海军的军事发展具有重要意义。

极地对我国未来发展至关重要，考虑到我国军事领域的发展现状和未来长期发展规划，研究探索与发展极地航海领域的相关任务是十分必要的。无人水下航行器是完成各类勘测任务的最优选择，水下高精度导航是无人航行器完成任务的关键。本项目针对极区多水下航行器协同定位技术展开深入研究，旨在形成一套完整的极区系统导航定位工作方案，具体从以下几个方面展开：.（1）针对极地地区特殊的地理位置对惯导系统的机械编排方式的影响这一问题，本项目在对现有惯导系统机械编排方式在极区导航性能分析，确定其在极区的适用范围，从而全面考核惯性导航装备在极区工作时的性能以及存在的问题的基础上，提出了基于横坐标系惯导系统机械编排的极区工作方案。实现速度、位置和导航坐标系等相关参量在现有导航坐标系和横坐标系之间的转换，进而满足极区的导航要求。.（2）针对极地地区特殊的水文环境，水下声学通信环境的特殊性，提出了基于多种改进算法的极地AUV协同导航算法。该方法从实施水下航行器协同定位过程所面临的技术特点与难点出发，对基于水声距离观测的多水下航行器协同定位状态估计问题进行研究，通过对协同定位滤波算法的改进，提高系统的协同定位性能。.（3）针对AUV在恶劣的水下应用环境中执行任务期间，随着其持续时间的增长，将发生各种各样的故障（如执行器故障、传感器故障等）这一问题，提出了极地AUV 协同定位故障诊断方法。针对扩展多模型自适应估计算法不能很好地处理模型切换时造成突变误差的缺陷，采用一种基于EIMM-STCKF 的故障诊断法来对子AUV的故障进行检测，提高系统的可靠性和安全性。.（4）针对由于AUV具有体积小、重量轻、结构紧凑等特点，AUV的任何一个部件的故障或失效都会对AUV 造成灾难性后果这一问题，提出了基于EIMM-MSTCKF的容错控制系统设计方案。针对协同定位过程中出现的一种特殊的故障-遇移动障碍物时路线变更问题利用几何法对子AUV 的路线进行重新规划的算法，实现子AUV 容错控制设计。