智能水下機(jī)器人的導(dǎo)航定位

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

水下導(dǎo)航技術(shù)從發(fā)展時間和工作原理上可分為傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)和非傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)，其中傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)包括航位推算導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、多普勒聲納導(dǎo)航和組合式導(dǎo)航。最初的水下機(jī)器人主要依賴于航位推算進(jìn)行導(dǎo)航，之后則逐漸加入慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、多普勒速度儀和卡爾曼濾波器，這種導(dǎo)航方式雖然機(jī)構(gòu)簡單，實(shí)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(rèn)方位，修正后繼續(xù)進(jìn)行推算。目前智能水下機(jī)器人大多采用多種方式組合導(dǎo)航，主要利用慣性導(dǎo)航、多普勒聲納導(dǎo)航和利用聲納影像的視覺導(dǎo)航等多種數(shù)據(jù)融合進(jìn)行導(dǎo)航，定位技術(shù)主要是水下聲波跟蹤定位結(jié)合全球定位系統(tǒng)的外部定位技術(shù)。

組合式導(dǎo)航技術(shù)將多種傳感器的信息充分融合后作為基本的導(dǎo)航信息，不但提升了導(dǎo)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(jī)器人依然能夠工作。其中將多種數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、過濾和融合的方法仍在不斷的改進(jìn)中。傳統(tǒng)導(dǎo)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(jìn)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(wù)時間而且會使行動的隱蔽性大大降低，通過非傳統(tǒng)導(dǎo)航方式則可以克服這些缺陷。非傳統(tǒng)導(dǎo)航方式是目前研究的熱門方向，主要有海底地形匹配導(dǎo)航和重力磁力匹配導(dǎo)航等，其中海底地形匹配導(dǎo)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(dǎo)航方式。