论文摘要：基于多源异构信息的水下导航定位方法

海洋蕴藏着丰富的矿产资源，又是国防战略缓冲，各国都在加快对海洋的勘探和开发。水下环境特殊复杂，高精度导航定位是水下探索的前提和保证，单一导航系统无法满足水下运载体高精度、高可靠性的导航需求，一般采用多种导航系统或传感器组成综合导航系统来对水下运载体进行导航定位。这种系统传感器数量多、种类多，输出频率、参考的空间坐标系不同，误差特性各异，所构成的是一个多源异构信息的水下导航定位系统。针对不同的水下导航系统或传感器组合，需研究不同的数据融合方法，以获得高精度导航定位结果。

本文针对水下多种导航系统及传感器的融合问题，设计了轨迹发生器，分析了不同水下导航系统的误差特性，并设计了相应的滤波融合算法，相关仿真实验及海试实验检验了融合算法的正确性和有效性。本论文的主要工作如下：

（1）根据水下常用导航系统各自导航数据的输出频率、相对空间坐标、误差特性等特点和水下环境的特殊性，设计和编写了水下导航轨迹发生器。

（2）针对多普勒计程仪（Doppler Velocity Log，DVL）、罗经、声学定位系统和深度计组成的水下导航系统，设计了这些传感器的数据融合算法，并进行了仿真实验和海试实验验证。

（3）针对水下航位推算过程中位置误差会随时间发散的问题，提出了DVL刻度因子误差和罗经航向误差的标定补偿方法。推导了航位推算过程中DVL误差和罗经航向误差之间的耦合关系，提出了基于圆形轨迹的DVL刻度因子误差标定方法，并对其加以分析和改进；在DVL补偿后，又通过直线轨迹对罗经航向误差进行标定。

（4）针对惯导系统（Inertial Navigation System，INS）、DVL、罗经、声学定位系统和深度计组成的水下导航系统，分析了SINS误差方程，设计了以INS为主参考系统，DVL、罗经和声学定位系统/深度计为子参考系统的联邦滤波器，并进行了相应的仿真实验。针对声学定位系统失效的情况，设计了以地磁匹配作为替代继续滤波和联邦滤波器重构两种解决方案，并进行了仿真实验。

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