智能水下機器人的導航定位

智能水下機器人能否到達預定區(qū)域完成預定任務，水下導航技術起到至關重要的作用，是目前水下機器人領域發(fā)展急需突破的瓶頸問題之一。目前空中導航已經(jīng)擁有了較成熟的技術，而由于水下環(huán)境的復雜性，以及信息傳輸方式和傳輸距離的受限，使得水下導航比空中導航要更有難度。

水下導航技術從發(fā)展時間和工作原理上可分為傳統(tǒng)導航技術和非傳統(tǒng)導航技術，其中傳統(tǒng)導航技術包括航位推算導航、慣性導航、多普勒聲納導航和組合式導航。最初的水下機器人主要依賴于航位推算進行導航，之后則逐漸加入慣性導航系統(tǒng)、多普勒速度儀和卡爾曼濾波器，這種導航方式雖然機構簡單，實現(xiàn)容易，但它存在致命的缺陷，經(jīng)過長時間的連續(xù)航行后會產(chǎn)生非常明顯的方位誤差，所以整個過程中隔一段時間就需要重新確認方位，修正后繼續(xù)進行推算。目前智能水下機器人大多采用多種方式組合導航，主要利用慣性導航、多普勒聲納導航和利用聲納影像的視覺導航等多種數(shù)據(jù)融合進行導航，定位技術主要是水下聲波跟蹤定位結合全球定位系統(tǒng)的外部定位技術。

組合式導航技術將多種傳感器的信息充分融合后作為基本的導航信息，不但提升了導航的精度，而且還提高了整個系統(tǒng)的可靠性，即便有某種傳感器誤差較大或是不能工作，水下機器人依然能夠工作。其中將多種數(shù)據(jù)進行提取、過濾和融合的方法仍在不斷的改進中。傳統(tǒng)導航方式的原理決定了其誤差積累的缺陷，為了保持精度，需要對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行不問斷的更新、修正，更新數(shù)據(jù)可通過全球定位系統(tǒng)或非傳統(tǒng)方法獲得。

通過全球定位系統(tǒng)不但會占用任務時間而且會使行動的隱蔽性大大降低，通過非傳統(tǒng)導航方式則可以克服這些缺陷。非傳統(tǒng)導航方式是目前研究的熱門方向，主要有海底地形匹配導航和重力磁力匹配導航等，其中海底地形匹配導航，在擁有完善的、并能夠及時更新的電子海圖的情況下，是目前非常理想的高效率、高精度導航方式。