本書系統(tǒng)地闡述了智能水下機(jī)器人海底地形匹配導(dǎo)航的發(fā)展與應(yīng)用，全書共7章，內(nèi)容主要包括緒論、海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)概述、先驗數(shù)字地形的生成方法、海底地形特征表述與路徑規(guī)劃、地形匹配單元的組建、海底地形匹配導(dǎo)航算法及海底地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。內(nèi)容基本上覆蓋了智能水下機(jī)器人地形匹配技術(shù)知識專題及發(fā)展動向。

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目錄
叢書前言一
叢書前言二
前言
1 緒論 1
1.1 AUV水下導(dǎo)航技術(shù) 1
1.2 地形匹配導(dǎo)航原理 3
1.3 AUV海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)的研究現(xiàn)狀 5
參考文獻(xiàn) 9
2 海底地形匹配導(dǎo)航技術(shù)概述 13
2.1 海底地形匹配導(dǎo)航系統(tǒng)的組成 13
2.1.1 參考導(dǎo)航單元 13
2.1.2 地形測量單元 14
2.1.3 地形匹配單元 16
2.2 海底地形匹配導(dǎo)航模型 17
2.2.1 狀態(tài)空間模型 17
2.2.2 數(shù)字地形模型 18
2.2.3 影響海底地形匹配定位性能的因素 18
2.3 典型的地形匹配方法 19
2.3.1 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的地形匹配方法 20
2.3.2 基于相關(guān)性的地形匹配方法 21
2.3.3 基于直接概率準(zhǔn)則的地形匹配方法 22
2.4 海底地形匹配的特殊性和關(guān)鍵技術(shù) 23
2.4.1 飛行器地形匹配導(dǎo)航和AUV海底地形匹配導(dǎo)航的比較 23
2.4.2 不同地形測量傳感器在海底地形匹配導(dǎo)航中的特點與優(yōu)勢 24
2.4.3 海底地形匹配的關(guān)鍵技術(shù) 26
參考文獻(xiàn) 26
3 先驗數(shù)字地形的生成方法 29
3.1 多波束測深系統(tǒng)構(gòu)成及原理 29
3.1.1 多波束測深系統(tǒng)構(gòu)成 29
3.1.2 多波束測深原理 30
3.1.3 GeoSwath Plus相干型多波束測深系統(tǒng) 31
3.2 多波束測深數(shù)據(jù)處理原理和流程 33
3.2.1 聲線的追蹤與補(bǔ)償 33
3.2.2 海底歸位處理 36
3.2.3 多波束測深數(shù)據(jù)處理流程 36
3.3 多波束測深數(shù)據(jù)的濾波方法 37
3.3.1 多波束測深數(shù)據(jù)濾波的基本原則 38
3.3.2 基于動態(tài)聚類的單ping濾波方法 40
3.3.3 基于Alpha-Shapes模型的單ping濾波方法 47
3.3.4 基于強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波的單ping濾波方法 51
3.4 先驗數(shù)字地形的生成 57
3.4.1 測深數(shù)據(jù)的空間歸位 57
3.4.2 測深數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化處理 58
3.4.3 先驗數(shù)字地形的存儲模型 63
參考文獻(xiàn) 66
4 海底地形特征表述與路徑規(guī)劃 68
4.1 海底地形特征的表述 68
4.1.1 地形高程標(biāo)準(zhǔn)差 69
4.1.2 地形信噪比 70
4.1.3 地形費(fèi)希爾信息量 71
4.1.4 地形高程熵 72
4.1.5 地形高程絕對值粗糙度 74
4.1.6 局部地形相關(guān)系數(shù)與相關(guān)長度 74
4.1.7 局部地形平均坡度及坡度方差 75
4.2 基于改進(jìn)人工勢場法的地形匹配路徑規(guī)劃 76
4.2.1 改進(jìn)人工勢場法 76
4.2.2 最優(yōu)路徑搜索方案 78
4.2.3 路徑規(guī)劃結(jié)果 79
4.3 基于扇形搜索的地形匹配路徑規(guī)劃 80
4.3.1 適配區(qū)域的扇形搜索方法 81
4.3.2 扇形搜索方法的開角分析 82
4.3.3 目標(biāo)點處限制線 85
4.3.4 目標(biāo)點前的適配區(qū)域選擇 87
4.3.5 引入臨界高程熵的路徑優(yōu)化 89
4.3.6 路徑規(guī)劃結(jié)果 90
4.4 基于粒子群優(yōu)化算法的地形匹配路徑規(guī)劃 91
4.4.1 粒子群優(yōu)化算法 91
4.4.2 問題分析與建模 92
4.4.3 路徑規(guī)劃結(jié)果 94
4.5 基于Astar算法的地形匹配路徑規(guī)劃 95
4.5.1 環(huán)境建模 95
4.5.2 算法的設(shè)計與實現(xiàn) 96
4.5.3 最優(yōu)路徑規(guī)劃方法實現(xiàn)流程 97
參考文獻(xiàn) 98
5 地形匹配單元的組建 99
5.1 實時海底地形的獲取與建模 99
5.1.1 單波束測深數(shù)據(jù)建模 99
5.1.2 多波束測深數(shù)據(jù)建模 101
5.1.3 DVL測深數(shù)據(jù)建模 104
5.1.4 實時測深數(shù)據(jù)的選擇模式 105
5.2 局部海底數(shù)字地形的插值重構(gòu) 107
5.2.1 地形插值重構(gòu)模型分析 107
5.2.2 雙線性插值 109
5.2.3 基于分形補(bǔ)償?shù)碾p線性插值 111
5.2.4 海底地形插值重構(gòu)精度統(tǒng)計特性 116
5.2.5 基于索引的快速插值策略 118
5.3 搜索區(qū)域的選擇 120
5.4 參考水深偏差的消除 122
參考文獻(xiàn) 123
6 海底地形匹配導(dǎo)航算法 125
6.1 地形匹配導(dǎo)航算法的分類 125
6.2 地形匹配搜索定位算法 126
6.2.1 參數(shù)估計算法 126
6.2.2 脈沖耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法 136
6.2.3 ICP算法 142
6.2.4 節(jié)點信息融合算法 147
6.2.5 搜索定位的有效性判定 155
6.3 地形匹配導(dǎo)航濾波算法 158
6.3.1 地形匹配導(dǎo)航的貝葉斯濾波模型 158
6.3.2 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的地形匹配導(dǎo)航 160
6.3.3 基于無跡卡爾曼濾波的地形匹配導(dǎo)航 162
6.3.4 基于粒子濾波的地形匹配導(dǎo)航 165
6.3.5 基于高斯和濾波的地形匹配導(dǎo)航 173
6.3.6 基于點群濾波的地形匹配導(dǎo)航 177
6.4 海底地形匹配導(dǎo)航算法研究的發(fā)展方向 182
參考文獻(xiàn) 183
7 海底地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng) 185
7.1 地形匹配導(dǎo)航對導(dǎo)航系統(tǒng)的修正方式 185
7.2 海底地形匹配導(dǎo)航的誤差分析 188
7.2.1 實時地形獲取誤差 188
7.2.2 匹配算法誤差 189
7.3 定位-跟蹤模式的地形匹配導(dǎo)航策略 189
7.3.1 搜索定位規(guī)劃點的設(shè)置 191
7.3.2 基于定位-跟蹤模式的地形匹配導(dǎo)航流程 191
7.4 AUV海底地形輔助導(dǎo)航系統(tǒng) 192
7.4.1 硬件系統(tǒng) 192
7.4.2 導(dǎo)航系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 193
7.5 AUV海底地形輔助導(dǎo)航仿真系統(tǒng) 194
7.5.1 載體運(yùn)動模塊建模 195
7.5.2 參考導(dǎo)航模塊建模 196
7.5.3 地形測量模塊建模 197
7.5.4 仿真管理模塊設(shè)計 197
7.5.5 仿真實驗 199
參考文獻(xiàn) 202
索引 203
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