基于水下信息网络的水下导航技术研究

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水下信息网络结合水声通信技术、水声定位技术以及信号处理技术,实现对水下指定海域的目标探测、环境监测和定位导航。本论文重点研究基于水下信息网络的定位技术,把已知位置信息的水下信息网络节点作为参考节点,同时结合水下航行器的航迹,用来对该海域中的水下航行器进行定位。然后利用定位结果来定时修正水下航行器SINS/DVL导航系统的累积误差,从而实现水下航行器长时间的高精度组合导航。  本论文首先介绍了水下信息网络的结构、水声通信模型、水下信道特点、同步技术以及信号的调制解调原理,并通过仿真验证了线性调频信号良好的自相关性。  接着探讨了SINS/DVL导航系统的导航原理,并通过仿真说明该导航系统在长时间的导航过程中,会存在一定的累积误差,需要定时引入其他定位系统进行辅助定位,从而修正此导航系统的累积误差,实现长时间的高精度自主导航。  然后,研究了水声通信测距的方法,以及基于通信测距的定位,然后对测距精度影响较大的时延差估计以及声线弯曲修正进行了研究。仿真结果表明,信噪比对时延估计的性能具有一定的影响,即随着信噪比的增大,时延估计误差减小;声线弯曲对测距也存在一定的影响,进行声线弯曲修正,可以减小测距误差,提高测距精度。  最后,研究了基于水下信息网络的组合导航技术,分别研究了基于单节点的组合导航定位方法和基于多节点的组合导航定位方法。仿真结果表明,基于单节点的定位方法和基于多节点的定位方法都能较好地修正SINS/DVL导航系统的累积误差,从而实现高精度的组合导航。从仿真分析中还可以看出,测时误差、声速误差以及测阵误差对组合导航精度存在一定的影响,其中,测阵误差影响最大,声速误差影响其次,测时误差影响较小。当水下信息网络节点位置校准得比较精确时,利用多节点进行组合导航定位效果比单节点组合导航定位好;当水下信息网络节点位置信息较长时间没有校准,即存在一定的测阵误差时,利用单节点进行组合导航定位效果比多节点组合导航定位好。  本论文研究的基于水下信息网络的组合导航技术,可以用来定时修正SINS/DVL导航系统的累积误差,从而在保证水下航行器隐蔽性的基础上,实现水下航行器的长时间高精度自主导航。
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