AUV的海底“面地形”快速匹配导航方法研究

Seabed terrain matching method does not need the arrangement of acoustic arrays or periodic updating the accumulated error. It is significant to long-range underwater navigation of Autonomous Underwater Vehicle (AUV). To improve real-time function and precision of “point-line” terrain matching method (supported by National Natural Science Foundation for Young Scholar), we will adopt the multi-beam sonar to get the instantaneous “seabed surface terrain”, research the mechanics of rapid “seabed surface terrain matching” method. The accurate digital seabed map will be build. Three-dimensional correlative filter, feature extraction of “surface terrain” and rapid “seabed surface terrain matching” method will be discussed. Data fusion of multi-navigation mode is to be carried out. The method will be tested in simulation, pool and sea trial, which can be developed to the theory and technology of “long-range, hidden, weatherproof, accurate” underwater navigation for AUV.

海底地形匹配导航方法，不需要外部声学基阵支持或定期上浮修正累积误差，对AUV长期水下潜航和作业具有积极意义。本项目拟在青年科学基金的基础上，针对声学高度计获取水下“点、线”地形的匹配方法在实时性和导航精度上的不足，采用多波束声纳瞬时获取水下“面地形”的方法，研究AUV的海底“面地形”快速匹配导航的机理与算法。建立真实海洋环境下海底地形的高精度基准数字地图，探讨大批量测深数据的三维关联滤波和水下“面地形”信息的特征提取机理，研究高置信度的海底“面地形”快速匹配方法和理论。进行多种导航模式的数据融合，开展仿真、水池和海中实验研究，为解决AUV“长期、隐蔽、全天候、高精度”导航奠定理论和技术基础。

海底地形匹配导航技术采用水下地形作为参考导航信息源，可实现AUV全天候，大潜深，长航程作业过程中的无累计偏差导航需求。采用数据融合技术对推算导航与地形匹配定位结果进行融合与有效性检测后，可以大幅提高地形匹配导航的精度和可靠性。本研究以AUV水下 “面地形”快速匹配导航为研究背景，针对地形匹配导航数据量大，搜索匹配时间长，单波束定位精度差，伪定位点等难点，建立了基于多波束测量的 “面地形”匹配导航模型，地形匹配导航的测量地形快速滤波方法，实时测量地形的插值方法，地形匹配导航数据滤波与融合方法等。通过海上实测数据，进行了海底地形离线实时导航实验。实验结果表明所提出的地形匹配导航方法可有效提高水下点线地形匹配导航方法的精度。