【摘要】：隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,世界市場(chǎng)對(duì)石油、天然氣和天然氣水合物等能源的需求量越來(lái)越大。由于這些天然能源大量?jī)?chǔ)存于海洋環(huán)境中,海洋環(huán)境的影響是制約因此海上油氣田生產(chǎn)規(guī)模,開(kāi)采深度和經(jīng)濟(jì)收入的主要因素,建立一種基于深海空間站的海上油氣田是解決問(wèn)題的一個(gè)好方法。同時(shí),為了維持深�？臻g站各個(gè)系統(tǒng)的正常工作,通常由UUV來(lái)進(jìn)行物資能源的補(bǔ)給和輸送,而UUV準(zhǔn)確地定位移動(dòng)中空間站的位置并成功與其對(duì)接十分重要。因此有必要對(duì)UUV與深海移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接的誤差情況進(jìn)行詳細(xì)分析。首先,研究USBL定位系統(tǒng)的基本組成和工作原理,并對(duì)其定位誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入分析,對(duì)系統(tǒng)中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式和誤差誤差公式進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)。并且針對(duì)本文移動(dòng)平臺(tái)對(duì)接的特殊性,提出一種灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)算法對(duì)移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。其次,分析經(jīng)典卡爾曼濾波算法,并結(jié)合水下對(duì)接環(huán)境中的噪聲工況說(shuō)明經(jīng)典卡爾曼濾波的局限性;由此引出sage-husa自適應(yīng)卡爾曼濾波算法,設(shè)計(jì)一種時(shí)變?cè)肼暯y(tǒng)計(jì)估值器,以實(shí)時(shí)估計(jì)和修正系統(tǒng)噪聲和觀測(cè)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性。并在進(jìn)行詳細(xì)公式推導(dǎo)分析的基礎(chǔ)上對(duì)sage-husa自適應(yīng)濾波算法進(jìn)行優(yōu)化,并給出一種預(yù)報(bào)殘差的方法求取遺忘因子。最后,把卡爾曼濾波和改進(jìn)的Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波分別對(duì)仿真試驗(yàn)和外場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析,目的是通過(guò)分析結(jié)果確定,相比于卡爾曼濾波,改進(jìn)的Sage-Husa自適應(yīng)卡爾曼濾波具有更高的精度和收斂速度,能夠有效減小水下對(duì)接時(shí)的誤差。
【圖文】：

運(yùn)行中的ＵＵＶ在接近對(duì)接平臺(tái)位置時(shí)，通過(guò)ＵＳＢＬ定位系統(tǒng)與對(duì)接平臺(tái)進(jìn)行聲通逡逑信，由ＵＵＶ上的基陣發(fā)射聲信號(hào)，對(duì)接平臺(tái)上的應(yīng)答器接收到該信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)接逡逑收信號(hào)時(shí)基陣換能器的位置，計(jì)算出ＵＵＶ距離平臺(tái)的方位角，并將解算出的位置信息逡逑以脈沖信號(hào)的發(fā)回；當(dāng)ＵＵＶ收到返回信號(hào)時(shí)，即可根據(jù)聲信號(hào)時(shí)延差和此時(shí)水中聲速逡逑計(jì)算出ＵＵＶ和平臺(tái)間的距離，并將其信息整合發(fā)送至ＵＵＶ管理系統(tǒng)［１（）４１］。逡逑當(dāng)ＵＵＶ管理系統(tǒng)收到ＵＳＢＬ定位信息后，即可通過(guò)相應(yīng)算法生成控制指令發(fā)送至逡逑ＵＵＶ的控制和動(dòng)力系統(tǒng)，操控ＵＵＶ進(jìn)行水下對(duì)接運(yùn)動(dòng)。逡逑ＵＵＶ開(kāi)始進(jìn)行水下對(duì)接任務(wù)時(shí)，，可以根據(jù)ＵＵＶ離對(duì)接平臺(tái)的距離將對(duì)接過(guò)程分為逡逑以下４個(gè)階段：第１是搜索階段，主要目的是搜尋ＵＳＢＬ發(fā)出的聲信號(hào)，并通過(guò)接收到逡逑的信號(hào)對(duì)ＵＵＶ的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行調(diào)整；第２是尋點(diǎn)階段，主要是根據(jù)對(duì)接平臺(tái)的絕對(duì)位逡逑置信息控制ＵＵＶ航行至與對(duì)接平臺(tái)的開(kāi)口在同一直線上；第３是引導(dǎo)階段，主要是不逡逑斷調(diào)整ＵＵＶ的姿態(tài)以保證其始終向著對(duì)接平臺(tái)開(kāi)口方向前進(jìn)；第４是對(duì)接階段，依據(jù)逡逑定位信息，保持穩(wěn)定姿態(tài)前行直到對(duì)接完成。ＵＵＶ水下對(duì)接的階段劃分示意如圖１．２所逡逑

末程邐近程邐中程邐遠(yuǎn)程逡逑＂ ？邋攦邐？，邐？邋＜邋丨■■邋■邐？逡逑圖１．２對(duì)接基站位置關(guān)系圖逡逑水下對(duì)接回收方法概述逡逑回收方式逡逑回收方式一般分為以下兩種：水上回收和水下回收。水上回取漂浮在水面的ＵＵＶ，以完成回收過(guò)程［１２］。如圖１．３所示。全穩(wěn)定，低智能性要求是ＵＵＶ水面回收的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)該方海面風(fēng)浪較大時(shí)，母船可能存在嚴(yán)重的搖晃，ＵＵＶ浮出水面僅降低了對(duì)接成功率，同時(shí)增加了工作人員和ＵＵＶ的安全風(fēng)重消耗能源；也無(wú)法保護(hù)ＵＵＶ的隱蔽性。逡逑
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U674.941;TE54

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本文編號(hào)：2676594