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为了解决深海拖曳系统定位异常、不连续以及误差积累的问题,提出了一种联合惯性导航系统(INS)和超短基线定位系统(USBL)的组合定位方法,利用在航声线跟踪实现USBL的高精度定位,顾及INS和USBL系统的互补性,并结合Kalman滤波构建了INS+USBL的组合定位模型。将该组合定位模型应用于"向阳红01"船深海拖曳系统在南海的定位实验并与USBL的定位结果比对,实验表明,组合定位方法有效地解决了深拖系统定位异常且不连续问题。INS+USBL组合定位方法可以满足深海拖曳系统的稳健可靠定位,对于深远海定位具有重要意义。 相似文献
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基于最优切削深度的深海采矿车定位研究 总被引：1，自引：0，他引：1
最优切削深度对矿石开采有着重要意义.为了获取相关深海地貌数据计算采矿车最优切削深度,实现最优开采,先要获得该地貌的准确位置数据,即采矿车准确定位的位置.考虑到深海地貌崎岖不平、车轮打滑、周围能见度低等复杂的工作环境,提出了一种基于从动轮的航位推算定位.通过建立非平坦地形上采矿车的运动学模型,采用电子罗盘等传感器测量采矿车的动态参数,依据运动学模型进行航位推算,从而实现采矿车的准确定位.试验结果较好地达到了预期的要求,为深海采矿车的最优切削深度控制、自主导航、路径规划等提供了前提条件. 相似文献
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海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。 相似文献
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文中关注水下潜航器导航定位时,电磁波传播途径中能量衰减、惯导系统长航时积累误差以及提高水下潜航器定位精度等问题。基于倒置的超短基线声学基阵,分析声波往返传播时间(RTT)、平面波近似方法和USBL导航解算方法及其坐标转换过程,结合INS误差方程,建立INS/USBL松组合模型。为进一步提高系统精度、动态性能和抗干扰性,考察USBL的原始斜距、斜距差以及声学基阵的空间分布信息,提出基于USBL原始输出信息的INS/USBL紧耦合组合导航方法。通过MATLAB仿真对导航算法进行验证,结果表明两种算法能充分抑制纯惯导误差随时间积累问题,且有效地估计出姿态、速度和位置误差角;其中紧耦合方法状态估计误差最小,导航参数精度相对松组合提高30%以上,对于提高水下载体导航定位精度、海洋探测具有重大意义。 相似文献
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侧扫声呐图像受混响效应影响导致侧扫声呐图像斑点噪声强,边缘模糊,纹理较弱,严重时还会掩盖海底地貌。噪声方差是许多侧扫声呐图像变换域去噪算法的必要参数。指出了侧扫声呐图像在乘性噪声的影响下灰度值溢出的问题,并且以侧扫声呐图像中乘性噪声为背景,考虑灰度值范围对乘性噪声的抑制作用,提出了一种基于弱纹理块的噪声估计方法。算法主要根据噪声的散射模型,将侧扫声呐图像经过幂变换和对数变换,将服从瑞利分布的乘性斑点噪声变换为高斯白噪声,基于变换图像的梯度协方差矩阵和弱纹理块的动态选择,以迭代的方式确定噪声方差。实验结果表明:该算法能够去除灰度值溢出现象对噪声估计的影响,在高亮区域及背景区域的噪声估计结果稳定准确。 相似文献
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罗逸豪 《数字海洋与水下攻防》2023,6(4):423-428
声呐图像目标检测是实现水下勘探、海底救援、敌对目标侦查等任务的重要环节,深度学习相关技术的突破为该领域的发展带来了新的机遇。基于深度学习的声呐图像目标检测算法性能优于传统方法,然而相关的系统性研究与应用仍然不足。鉴于此,利用深度学习模型数据驱动的优势设计了一种声呐图像目标检测系统,以满足实际应用对系统精度、速度、可移植性、可扩展性、部署环境的需求。该系统由数据集生成、算法模型训练与测试、模型部署应用 3 个子系统组成,应用于水下可疑目标探测任务,实验结果表明：所实现的目标检测系统在测试数据上和实际应用中均具有良好的性能。 相似文献
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对海底不同作业形式的深海大型爬行机器人进行了分类综述，依据当前深海大型爬行机器人在各方面的应用，将其分为了深海采矿机器人和深海挖沟机器人两大类，并对这两类中的一些性能突出的机器人进行了详细的介绍。重点介绍我国第一代、第二代多金属结核采矿机器人，SMD的3个多金属硫化物开采机器人，中科院深海所的富钴结壳规模采样爬行机器人，喷射式挖沟爬行机器人QT2800和机械式挖沟爬行机器人BT2400。并对深海大型爬行机器人的海底复杂行走技术和导航定位技术进行了阐述。行走技术方面，重点介绍Nexans公司的带有铰接式行走腿系统的Spider Dredger，中南大学的铰接履带式采矿机器人和北京矿冶研究总院的复合轮式机器人。导航定位方面，介绍了当前一些在用的深海导航定位技术。最后，对未来深海大型爬行机器人的发展趋势进行了展望。 相似文献
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济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类 总被引：2，自引：2，他引：0
东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。 相似文献
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为提高我国海底掩埋目标的探查技术,以适应不断发展的探测需求,文章综述了现有三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中的应用现状,并对关键技术的发展方向进行了展望。结果表明:尽管三维合成孔径声呐在海底掩埋目标探查中具有较大的技术优势,但是由于技术难度大、复杂程度高,可提供成熟商用设备的单位仅有两家,中科探海研发的三维合成孔径声呐系统多项核心技术指标领先。运动误差估计和补偿技术,掩埋目标特征提取和识别分类算法,多通道大规模数据并行处理算法等关键技术将成为三维合成孔径声呐系统未来的发展方向。 相似文献
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自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。 相似文献
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Concurrent mapping and localization using sidescan sonar 总被引：1，自引：0，他引：1
Tena Ruiz I. de Raucourt S. Petillot Y. Lane D.M. 《Oceanic Engineering, IEEE Journal of》2004,29(2):442-456
This paper describes and evaluates a concurrent mapping and localization (CML) algorithm suitable for localizing an autonomous underwater vehicle. The proposed CML algorithm uses a sidescan sonar to sense the environment. The returns from the sonar are used to detect landmarks in the vehicle's vicinity. These landmarks are used, in conjunction with a vehicle model, by the CML algorithm to concurrently build an absolute map of the environment and to localize the vehicle in absolute coordinates. As the vehicle moves forward, the areas covered by a forward-look sonar overlap, whereas little or no overlap occurs when using sidescan sonar. It has been demonstrated that numerous reobservations by a forward-look sonar of the landmarks can be used to perform CML. Multipass missions, such as sets of parallel and regularly spaced linear tracks, allow a few reobservations of each landmark with sidescan sonar. An evaluation of the CML algorithm using sidescan sonar is made on this type of trajectory. The estimated trajectory provided by the CML algorithm shows significant jerks in the positions and heading brought about by the corrections that occur when a landmark is reobserved. Thus, this trajectory is not useful to mosaic the sea bed. This paper proposes the implementation of an optimal smoother on the CML solution. A forward stochastic map is used in conjunction with a backward Rauch-Tung-Striebel filter to provide the smoothed trajectory. This paper presents simulation and real results and shows that the smoothed CML solution helps to produce a more accurate navigation solution and a smooth navigation trajectory. This paper also shows that the qualitative value of the mosaics produced using CML is far superior to those that do not use it. 相似文献
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采用水下超短基线定位系统和捷联惯导系统组合对水下潜器进行导航时,未知的声速误差会严重影响组合导航的精度。顾及超短基线定位系统的噪声水平、阵列上接收单元的误差特性以及和捷联惯导系统在导航性能的互补性,基于平面波近似原理,建立了SINS/USBL紧组合系统的状态方程和量测方程,并对未改正的声速误差在线估计,提出一种超短基线定位系统和捷联惯导系统紧组合算法。新算法可以将非高斯的未知声速误差进行建模后进行估计,有效提高了捷联惯导系统的误差估计性能。仿真实验结果表明,新算法能有效估计未知声速误差,滤波收敛后的精度明显优于松组合方案,具有很强的实用性。 相似文献
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This paper reports the development and experimental evaluation of two in situ least squares techniques for estimating the alignment matrix of Doppler sonars commonly used for precision navigation of oceanographic submersibles. Most previously reported methods addressed the problem of single degree-of-freedom heading alignment using bottom-lock Doppler sonar data and global positioning system (GPS) navigation data. This paper reports and evaluates two techniques for three degree-of-freedom calibration of attitude and Doppler sonar sensors using sensor data available to vehicles at full ocean depth. The first technique provides a general linear least squares estimate of the alignment matrix. The second technique results in a least squares alignment matrix estimate constrained to the group of rotation matrices. The performance of these estimates is evaluated with a laboratory remotely operated vehicle (ROV) and a field-deployed autonomous underwater vehicle (AUV). Experimental results are reported which demonstrate that Doppler navigation employing the reported alignment calibration techniques significantly improves navigation precision. The experiments show that the latter technique provides calibration estimates that improve Doppler navigation precision not only on the calibration data set itself, but also provide improved precision over a wide variety of vehicle trajectories other than the calibration data set. 相似文献
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The effective tracking area of ultra short baseline (USBL) systems strongly relates to the safety of autonomous underwater vehicles (AUVs). This problem has not been studied previously. A method for determining the effective tracking area using acoustic theory is proposed. Ray acoustic equations are used to draw rays, which ascertain the effective space. The sonar equation is established in order to discover the available range of the USBL system and the background noise level using sonar characteristics. The available range defines a hemisphere like enclosure. The overlap of the effective space with the hemisphere is the effective area for USBL systems tracking AUVs. Lake and sea trials show the proposed method's validity. 相似文献