自主水下滑翔机电流剖面估计与多普勒辅助导航的初步结果
最优化与控制
2019-07-08 v1
摘要
本文描述了一种使用机载声学多普勒海流剖面仪（ADCP）的自主水下滑翔机（AUG）导航算法的开发与实验结果。AUG 是浮力驱动的自主水下航行器，利用小型水翼在垂直剖面运动时实现前进。在每次可持续长达 6 小时的下潜中，本实验所用的 Seaglider AUG 通常到达 1000 m 深度，并在水中水平航行 3-6 km，仅依靠航位推算。AUG 的在水中（TTW）水平前进速度为 20-30 cm/s，与较强海流速度相当。因此，在未知平流存在下 AUG 的水下导航是一项重大挑战。我们开发了两种相关的后处理公式。二者均利用 ADCP 观测（通过水中速度估计）与 GPS 定位来估计海流剖面。然而，第一种仅对海流剖面求解显式逆问题，第二种则使用状态空间模型求解同时推断状态与海流剖面的反卷积问题。两种方法对 AUG 所飞经的海流剖面估计一致，该估计使用来自 ADCP 的相对 AUG 的海流测量值，以及来自水动力模型的 AUG TTW 速度估计。结果是得到沿 AUG 轨迹的完整海流剖面，以及可用于更精确海底定位的 AUG 对地（OTG）速度。结果使用 2017 年 8 月和 9 月在阿拉斯加北海岸部署 49 天的 Seaglider AUG 收集的 1 MHz ADCP 数据展示，并与来自系泊向上发射 600 kHz ADCP 的水柱顶部 40 米的地面真值数据进行比较。
引用
@article{arxiv.1907.02897,
title = {Preliminary Results in Current Profile Estimation and Doppler-aided Navigation for Autonomous Underwater Gliders},
author = {Jonathan Jonker and Andrey Shcherbina and Richard Krishfield and Lora Van Uffelen and Aleksandr Aravkin and Sarah E. Webster},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.02897},
year = {2019}
}
备注
8 pages, 7 figures, to be included in Oceans 2019