[01195957]基于RToF声波测距和多传感器融合的水下定位方法研究

在地球陆地表面、外部空间、海洋表面,可以利用全球卫星导航定位（GPS）技术提供全时、全天候、精密、实时、近似连续的导航定位信息。但是GPS使用超高频无线电信号,其在海水中的传播衰减很快,即使在几米深的水下也无法接收。现有的水下定位技术主要是针对各类潜行器而设计的,可分为激光声遥感技术和水声定位技术两大类。前一类方法对技术装备的要求非常高,不利于大规模生产和经济活动;后一类方法目前主要采用在水底布置声基阵的做法,给日常的使用和维护带来诸多不便。 本课题在研究相关文献的基础上,并考虑水下定位的具体条件,设计的定位系统主要由海面节点和水下移动目标组成,利用三点定位原理确定了定位解算模型。 在节点间相对测距的问题上,考虑到无线电波在水中衰减太快,采用了适合水下传播的声波。为了提高声波检测的灵敏度,增加测距距离,采用了线性频率调制信号。 在节点间测距和定位解算模型的基础上,提出了利用进化算法进行目标定位解算的方法。为了提高定位算法的计算速度和收敛速度,在研究相关文献的基础上,提出了一种基于多准则决策的塔状粒子群优化算法和一种基于智能体的免疫进化学习算法。通过大量的仿真实验研究,该方法实现简单,具有较好的寻优能力,改善了收敛速度,提高了定位精度。 此外,为了验证所设计的方法切实可行,项目组搭建了声波相对测距实验系统,完成了相关的软硬件设计,为相对测距方法的实现提供了实验支撑。