發(fā)布時間：2017-09-06 09:26

  本文關(guān)鍵詞：水下地磁導(dǎo)航適配性研究

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【摘要】：潛航器是人類探索和開發(fā)海洋的重要工具。隨著潛航器趨于深海遠(yuǎn)航程方向的發(fā)展,水下長航時高精度自主導(dǎo)航已成為發(fā)展?jié)摵狡髫酱鉀Q的瓶頸技術(shù)之一。地磁導(dǎo)航具有全天候、全地域、無輻射、高隱蔽性以及誤差不隨時間等優(yōu)點,將地磁導(dǎo)航同慣性導(dǎo)航進(jìn)行組合可以有效滿足潛航器的導(dǎo)航任務(wù)需求。地磁導(dǎo)航的核心在于獲取精準(zhǔn)的匹配位置信息,而匹配精度不僅與所采用的匹配算法有關(guān),還與地磁圖的適配性有著重要的關(guān)系。本文針對水下地磁導(dǎo)航中的適配性問題展開研究,目的在于選取出高可靠性的地磁適配區(qū)和地磁適配方向,并進(jìn)一步為潛航器的導(dǎo)航定位提供支持。首先,結(jié)合水下環(huán)境以及地磁導(dǎo)航特點對水下地磁導(dǎo)航適配性問題的約束條件進(jìn)行分析,并進(jìn)一步建立了水下地磁導(dǎo)航適配性問題的基本框架。接著從該框架出發(fā),針對適配性問題的研究前提進(jìn)行了討論:一方面從慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差傳播的角度建立了候選匹配區(qū)的尺寸模型;另一方面構(gòu)建了基本適配特征體系,給出了適配性評價指標(biāo)匹配概率的合理定義,并在此基礎(chǔ)上建立了面向地磁適配性分析的數(shù)據(jù)庫。然后,重點研究了地磁區(qū)域適配性和方向適配性的分析方法,主要內(nèi)容如下:(1)提出了基于基因表達(dá)式編程的地磁進(jìn)化合成特征構(gòu)建方法將合成特征同匹配概率之間的相關(guān)系數(shù)作為基因表達(dá)式編程的適應(yīng)度函數(shù),并通過模仿生物學(xué)的遺傳過程使合成特征不斷進(jìn)化,最終將基因表達(dá)式編程搜索得到的基本適配特征的最優(yōu)組合作為地磁進(jìn)化合成特征。該方法在特征合成時可以實現(xiàn)對基本適配特征的自適應(yīng)選取,同時還能夠生成豐富的合成特征數(shù)學(xué)構(gòu)型,為此所構(gòu)建的進(jìn)化合成特征能夠有效融合各基本適配特征的內(nèi)在優(yōu)勢。實驗結(jié)果表明,構(gòu)建的進(jìn)化合成特征具有較好的穩(wěn)健性,經(jīng)其優(yōu)選出的適配區(qū)具有較高的平均匹配概率。(2)提出了候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類方法將候選匹配區(qū)的分類問題統(tǒng)一在模式識別的框架下,利用遺傳算法和支持向量機實現(xiàn)對候選匹配區(qū)的自組織優(yōu)化分類。其中,將支持向量機用作候選匹配區(qū)的分類器,而遺傳算法則用于自組織選取利于分類的最優(yōu)特征子集以及優(yōu)化支持向量機參數(shù);同時,為滿足實際問題需求,還引入一對一策略用以解決候選匹配區(qū)的多分類問題。實驗結(jié)果表明,利用遺傳算法從特征選擇和參數(shù)優(yōu)化兩個角度同時對支持向量機進(jìn)行優(yōu)化,可以顯著提高候選匹配區(qū)的分類正確率,并且得到的分類結(jié)果還具有較低的誤判風(fēng)險。(3)提出了面向地磁方向適配性分析的層次決策方案首先,利用Gabor濾波和灰度共生矩陣分別從頻域和空域的角度對候選匹配區(qū)的方向適配性進(jìn)行了分析;與此同時,通過對Gabor濾波和灰度共生矩陣參數(shù)的合理設(shè)定,使得提取出的方向適配特征與方向匹配概率之間具有較好的一致性;然后,利用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)建立了Gabor濾波和灰度共生矩陣之間的互補模型,并進(jìn)一步構(gòu)建了面向地磁方向適配性分析的層次決策方案。實驗結(jié)果表明,構(gòu)建的決策方案是有效的,它可以根據(jù)給定候選匹配區(qū)的特點自適應(yīng)地選擇恰當(dāng)?shù)姆较蜻m配性分析方法,并且能夠獲得比單獨使用Gabor濾波或者灰度共生矩陣更優(yōu)的分析結(jié)果。最后,在上述理論研究成果的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了水下地磁導(dǎo)航適配性分析綜合仿真實驗。一方面分析了向下延拓對地磁圖適配性的影響,并指出向下延拓會使地磁圖的適配性能得到一定程度的提升;另一方面,利用論文提出的適配性分析方法進(jìn)行了適配區(qū)和適配方向的選取實驗,結(jié)果表明優(yōu)選出的適配區(qū)和適配方向具有較高的匹配概率,在所選區(qū)域和方向上進(jìn)行地磁匹配可以獲得較為理想的定位精度。另外,還結(jié)合水下地磁導(dǎo)航實際,提出了適配性約束下的航跡規(guī)劃策略,生成的航跡既能夠保證潛航器成功規(guī)避威脅,同時還可以滿足潛航器的運動約束使其順利通過適配區(qū)。以上實驗結(jié)果進(jìn)一步驗證了論文所提適配性分析方法的有效性,相關(guān)研究結(jié)論可以為地磁匹配和航跡規(guī)劃等任務(wù)提供有益的指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：適配性 適配區(qū) 適配方向 地磁導(dǎo)航 潛航器 水下 地磁圖 適配特征 匹配概率
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U675.7
【目錄】：

• 摘要12-14
• ABSTRACT14-17
• 第一章 緒論17-31
• 1.1 研究背景和意義17-19
• 1.1.1 研究背景17-18
• 1.1.2 研究意義18-19
• 1.2 研究現(xiàn)狀及評述19-27
• 1.2.1 地磁導(dǎo)航技術(shù)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.2 適配性問題研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀評述25-27
• 1.3 研究內(nèi)容與主要貢獻(xiàn)27-29
• 1.3.1 論文研究內(nèi)容27-28
• 1.3.2 論文主要貢獻(xiàn)28-29
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)29-31
• 第二章 水下地磁導(dǎo)航適配性問題綜合分析31-51
• 2.1 引言31
• 2.2 水下地磁導(dǎo)航適配性問題約束條件分析31-34
• 2.2.1 地磁基準(zhǔn)圖制備31-32
• 2.2.2 構(gòu)圖要素選取32
• 2.2.3 地磁匹配算法32-33
• 2.2.4 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度33
• 2.2.5 潛航器運動約束33
• 2.2.6 水下地磁圖獲取33-34
• 2.3 水下地磁導(dǎo)航適配性問題基本框架34-35
• 2.4 候選匹配區(qū)尺寸建模35-40
• 2.4.1 問題分析35-36
• 2.4.2 候選匹配區(qū)尺寸模型構(gòu)建36-39
• 2.4.3 算例分析39-40
• 2.5 面向地磁適配性分析的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建40-50
• 2.5.1 基本適配特征40-45
• 2.5.2 匹配概率45-49
• 2.5.3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建49-50
• 2.6 本章小結(jié)50-51
• 第三章 基于基因表達(dá)式編程的地磁進(jìn)化合成特征構(gòu)建51-77
• 3.1 引言51-52
• 3.2 地磁進(jìn)化合成特征構(gòu)建問題分析52-53
• 3.3 基于基因表達(dá)式編程的地磁進(jìn)化合成特征構(gòu)建策略53-62
• 3.3.1 合成特征基因編碼53-54
• 3.3.2 合成特征進(jìn)化過程54-59
• 3.3.3 進(jìn)化適應(yīng)度函數(shù)59-60
• 3.3.4 進(jìn)化合成特征構(gòu)建方法60-62
• 3.4 地磁進(jìn)化合成特征性能評估實驗62-75
• 3.4.1 實驗環(huán)境配置62-64
• 3.4.2 實驗驗證與分析64-69
• 3.4.3 合成特征性能比較69-73
• 3.4.4 進(jìn)一步討論73-75
• 3.5 本章小結(jié)75-77
• 第四章 候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類方法77-99
• 4.1 引言77
• 4.2 候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類問題分析77-79
• 4.3 候選匹配區(qū)分類器：支持向量機79-81
• 4.3.1 支持向量機分類性能影響因素79-81
• 4.3.2 候選匹配區(qū)多分類策略81
• 4.4 基于GA-SVM的候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類方法81-86
• 4.4.1 面向候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類的遺傳算法設(shè)計81-85
• 4.4.2 候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類方法：二分類情形85
• 4.4.3 候選匹配區(qū)自組織優(yōu)化分類方法：多分類情形85-86
• 4.5 自組織優(yōu)化分類方法性能評估實驗86-97
• 4.5.1 實驗環(huán)境配置87-89
• 4.5.2 實驗驗證與分析89-92
• 4.5.3 分類方法性能比較92-95
• 4.5.4 進(jìn)一步討論95-97
• 4.6 本章小結(jié)97-99
• 第五章 面向地磁方向適配性分析的層次決策方案99-125
• 5.1 引言99
• 5.2 地磁方向適配性問題分析99-101
• 5.2.1 方向匹配概率100
• 5.2.2 問題描述100-101
• 5.3 基于Gabor濾波的地磁方向適配性分析101-106
• 5.3.1 Gabor方向特征提取101-102
• 5.3.2 面向地磁方向適配性分析的Gabor濾波器頻域設(shè)計102-106
• 5.4 基于灰度共生矩陣的地磁方向適配性分析106-111
• 5.4.1 灰度共生矩陣方向特征提取106-109
• 5.4.2 灰度共生矩陣參數(shù)對方向適配特征性能的影響分析109-110
• 5.4.3 面向地磁方向適配性分析的特征融合110-111
• 5.5 地磁方向適配性分析層次決策方案111-115
• 5.5.1 Gabor濾波和灰度共生矩陣的互補關(guān)系分析112
• 5.5.2 基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的互補模型構(gòu)建112-115
• 5.5.3 層次決策方案115
• 5.6 層次決策方案性能評估實驗115-124
• 5.6.1 實驗環(huán)境配置116-118
• 5.6.2 實驗驗證與分析118-121
• 5.6.3 基于不同建模方法的層次決策方案性能比較121-122
• 5.6.4 進(jìn)一步討論122-124
• 5.7 本章小結(jié)124-125
• 第六章 水下地磁導(dǎo)航適配性分析綜合仿真實驗125-141
• 6.1 引言125
• 6.2 地磁場向下延拓對適配性的影響125-127
• 6.3 水下地磁導(dǎo)航適配區(qū)選取及結(jié)果檢驗127-134
• 6.3.1 基于進(jìn)化合成特征的地磁適配區(qū)選取及結(jié)果檢驗127-129
• 6.3.2 基于自組織優(yōu)化分類器的地磁適配區(qū)選取及結(jié)果檢驗129-132
• 6.3.3 區(qū)域適配性分析方法的應(yīng)用策略132-134
• 6.4 水下地磁導(dǎo)航適配方向選取及結(jié)果檢驗134-137
• 6.4.1 基于層次決策方案的地磁適配方向選取134-135
• 6.4.2 地磁適配方向選取結(jié)果檢驗135-137
• 6.5 適配性約束下的水下地磁導(dǎo)航航跡規(guī)劃應(yīng)用算例137-139
• 6.5.1 水下地磁導(dǎo)航航跡規(guī)劃的約束條件137-138
• 6.5.2 適配性約束下的水下地磁導(dǎo)航航跡規(guī)劃策略138-139
• 6.5.3 算例分析139
• 6.6 本章小結(jié)139-141
• 第七章 總結(jié)與展望141-145
• 7.1 論文工作總結(jié)141-142
• 7.2 進(jìn)一步研究展望142-145
• 致謝145-147
• 參考文獻(xiàn)147-159
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果159-161
• 附錄A 基于最大離差和最大熵的多屬性決策方法161-163
• 附錄B Tikhonov-Lcurve向下延拓算法163-165
• 附錄C 基于粒子群優(yōu)化算法的水下地磁導(dǎo)航航跡規(guī)劃方法165-166

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 劉玉霞;周軍;葛致磊;;基于投影尋蹤的地磁匹配區(qū)選取方法[J];宇航學(xué)報;2010年12期

2 ;[J];;年期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王鵬;水下地磁導(dǎo)航適配性研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

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本文編號：802305