水下偏振光导航技术

水下运载体集群定位导航信息生成技术研究随着人类对海洋资源和环境的依赖度逐渐提高，水下运载体集群已经成为一个备受关注的话题。

针对水下运载体集群的定位导航技术，一直是水下机器人专业领域的研究热点之一。

本文将针对水下运载体集群定位导航信息生成技术进行研究。

一、水下运载体集群定位导航技术的研究现状水下运载体集群的定位导航技术主要分为三类，包括传统惯性导航技术、视觉导航技术和声学导航技术，前两种技术主要采用单一传感器进行定位，其实时性和准确性受传感器本身的特性和外部环境影响较大，因此在水下运载体集群的实际应用中存在一定的不足之处。

而声学导航技术则主要采用超声波和声纳等技术进行距离测量，并结合计算机视觉、机器学习等方法进行数据处理，相对于前两种技术，具有更高的稳定性和可靠性。

二、水下运载体集群定位导航信息生成技术的研究挑战水下运载体集群的定位导航信息生成技术主要存在以下几个挑战：1. 水下环境复杂：水下环境的水质、水温、水流等因素会对声音传播、声纳散射、反射等方面产生很大的影响，导致声学测距误差较大，从而影响了定位导航的精度。

2. 大规模集群协同：水下运载体集群通常由多个机器人构成，这些机器人之间需要相互协调，共同完成定位导航任务，因此需要建立一套完善的集群管理模式。

3. 实时性要求高：水下运载体集群的定位导航需要在较短的时间内完成，以保证准确性和及时性，因此需要考虑实时性的问题。

三、水下运载体集群定位导航信息生成技术的研究路径针对水下运载体集群定位导航信息生成技术的研究，以下是几个研究路径：1. 加强海洋环境信息采集：通过对海洋环境的水质、水温、水流等因素进行详细的数据采集和分析，建立完善的海洋环境模型，从而提高声学测距和声纳散射、反射等数据准确性和精度。

2. 实现集群协同：开发集群控制技术，构建高效的集群管理模式，从而实现水下运载体集群间的协同控制和定位导航任务的协同完成。

3. 提高实时性：研究高效的实时定位算法，提高数据的处理速度和精度，确保水下运载体集群定位导航的实时性。

导航工程中的水下测量与海底地形分析导航工程是指利用各种技术手段，确定船舶、飞机、车辆等物体的位置、姿态以及移动轨迹，以便实现精确导航和定位的工程。

水下测量与海底地形分析是导航工程中的重要内容，通过对水下环境进行测量和分析，可以提供海底地形数据，为导航系统提供准确的信息。

本文将探讨水下测量技术和海底地形分析的应用。

一、水下测量技术1.声纳测深技术声纳测深技术是一种利用声波在水中传播的时间差和频率变化来测量水深的方法。

它通过发射声波脉冲至水下，然后接收回波并计算声波从发射到接收所经历的时间差来确定水深。

声纳测深技术具有测量范围广、测量速度快、精度较高等优点，被广泛应用于水下测量。

2.多波束测量技术多波束测量技术是指利用多个声纳传感器同时发射声波，从而形成多个接收声纳接收回波的情况。

通过接收多个回波，可以得到更多的信息，提高测量精度。

多波束测量技术能够快速获取水下地形数据，并在不同方向上提高测量覆盖范围，提供准确的水下地形信息。

3.激光扫描技术激光扫描技术采用激光束来扫描水下物体，通过测量激光束的反射时间和强度来获取水下地形数据。

激光扫描技术具有高精度、高分辨率的特点，可以获取具有细节的水下地形数据。

激光扫描技术适用于复杂水下环境的测量，能够提供准确的水下地形信息。

二、海底地形分析1.地形数据处理海底地形数据的处理是将测量得到的原始数据进行加工处理，获取可视化的地形图或地形模型。

处理方法包括数据滤波、插值、拟合等。

数据滤波能够去除噪声和异常值，保留有效的地形信息。

插值方法可以根据有限的数据点生成连续的地形曲面。

拟合方法可以通过拟合曲线或曲面来描述地形形态。

地形数据处理能够将原始数据转化为可视化的地形，为后续分析提供准确的数据基础。

2.地形特征分析海底地形特征分析是对地形数据进行分析，提取地形的特征信息。

常见的地形特征包括海山、河流、裂缝、盆地等。

通过对地形特征的分析，可以了解海底地壳的构造和演化过程，为海洋地质和海洋生态等领域的研究提供依据。

China Science&Technology Overview/学术研究水下航行器导航技术研究周俊呈宋佳平（海军大连舰艇学院，辽宁大连116018）摘要：自主水下航行器是人类探索、开发、利用海洋的重要工具，AUV导航技术正成为世界海洋强国的前沿研究领域。

本文对AUV前沿导航技术进行了概述，并分析了不同导航技术的优势和劣势。

关键词：水下航行器；导航技术；海洋中图分类号：TJ67文献标识码：A文章编号：1671-2064（2020）14-0141-02在民用领域，从地形测定、管道铺设到海底搜救、水下打捞，这些在与生活紧密相关的海洋开发工作中都有AUV的一席之地。

在军事领域，AUV凭借体积小、机动性好、隐蔽性强、活动范围广、智能化程度高等优点，受到世界各军事大国的关注，并作为海军武器装备发展的重要方向。

AUV可以利用舰艇无法与之比拟的隐蔽优势进行情报收集、战略支援、精确打击，有时甚至能左右战争局势。

为了对水下导航技术有一个全面的了解，本文对GPS导航、声学导航、惯性导航、地球物理导航进行了综合性的介绍。

1GPS导航技术全球定位系统（Global Position System,英文简写GPS）是以人造地球卫星为基础的无线电导航定位系统，以其高精度、全天候、全球覆盖、方便灵活等优点备受青睐。

当下，GPS是全球应用最广泛的导航技术，也是AUV发展最为迅速的导航技术之一。

它的定位原理是利用定位卫星通过电磁广播发射自身坐标和当前时间，接收机将接收到的信号进行解码，算出时间差。

由于接收机的三维位置坐标包含三个未知数，故至少需要3颗卫星进行定位。

但比起卫星原子钟，接收机的时间是不精确的，会产 生伪距，所以至少需要4颗卫星才能获取接收机的位置。

GPS具有极高的定位精度，能够为全球任意位置的用户提供全天候的定位服务，并且可以使用在一些便宜、低功耗的设备上，在几毫秒的时间内就可以得到位置信息。

GPS导航技术虽有不可比拟的优势，但也并不是完美无缺的。

水下辅助导航综述文章介绍了水下辅助导航系统的研究现状；分析了目前常用的水下辅助导航算法，尤其对水下地形辅助导航进行了比较深入的分析，它是目前广泛使用的水下导航技术，随着水下机器人的发展，水下地形辅助导航必将越来越收到研究者的关注，文中也分析了未来地形辅助导航的研究热点。

标签：水下导航；地形辅助导航；综述1 概述当今空中和陆上的导航系统十分依赖于GPS，它能够提供大范围的精确且连续的位置信息。

因此GPS广泛应用于各种移动平台上，包括飞行器、地面车等机器人系统中。

尽管如此，但还是在一些特殊的环境，GPS不能使用，必须要考虑其它的导航手段。

这类环境包括：水下、太空、地底、室内以及其它GPS接收机受限的环境中（比如：战时受屏蔽区域）。

尤其在水中，GPS等电磁传感器无法使用，必须考虑其他的辅助导航定位手段。

目前在水下有多种类型的导航定位手段，包括声学，光学，地磁以及地形等方法。

随着海洋资源受到各国的极大关注，海上冲突不断，临海更过纷纷投入水下机器人装备的开发。

水下导航是水下机器人的关键组成，由于水下特殊的环境，GPS系统无法使用，因此需要进行水下輔助导航。

随着科学技术的发展，各种水下导航技术在不同的应用中发挥了重要的作用，越来越多地收到了人们的关注。

目前在GPS受限的情况下，水域机器人的导航定位技术有两类：航迹推算以及辅助导航。

航迹推算主要利用速度加速度传感器来计算机器人的位置，由于测量的误差积分的结果会产生飘移，随着时间的增加误差会增大。

典型的推算公式如下：（1）这里dxn和dqb分别表示机器人的位置和方向的改变量，R（qb）和■（qb）是旋转矩阵，vb、ab和？棕b分别表示速度，加速度以及角速度。

n表示惯性导航的第n时刻，b表示机器人本体。

在机器人系统中，一般通过融合加速度、陀螺、磁力仪以及速度传感器信息来计算机器人位置。

航海常用的导航传感器主要有水压传感器，磁罗盘，陀螺仪，加速度计，IMU （Inertial Measurement Unit），AHRS （Attitude，Heading and Reference System），DVL（Doppler Velocity Log），传感器原理不同，其测量精度相差很大。

基于重力和环境特征的水下导航定位方法研究【基于重力和环境特征的水下导航定位方法研究】一、引言水下导航定位是一项重要的技术挑战，在水下环境中，由于水下能见度低、水流速度大等因素的影响，传统的GPS定位技术不能满足水下导航的需求。

基于重力和环境特征的水下导航定位方法成为了研究的热点之一。

本文将对这一研究领域进行全面评估，并探讨其中的深度和广度。

二、水下导航定位的基本原理在水下环境中，传统的无线电波和光波的传输特性会受到水的吸收和散射的影响，导致能见度降低，从而限制了GPS、激光雷达等技术的应用。

基于水下重力、声纳、磁场等环境特征的导航定位方法成为了研究的焦点。

其中，基于水下重力的方法是一种新兴的技术，该方法利用水下地形的重力异常来进行导航定位，具有一定的应用前景。

三、基于重力的水下导航定位方法1.水下地形的重力异常水下地形的重力异常是指由于地质构造或岩石体积不均匀性所造成的地下岩石密度异质性，导致地表上的重力场产生异常。

这种异常会对水下重力测量产生影响，而重力异常的大小和方向可以提供有关地形特征的重要信息，为水下导航定位提供了新的思路。

2.水下重力测量技术为了获取水下地形的重力异常信息，需要运用相应的水下重力测量技术。

目前，水下重力测量技术主要包括重力梯度仪、海底重力仪等设备，这些设备可以在水下进行高精度的重力场测量，从而获取水下地形的重力异常数据。

3.基于重力的水下导航定位算法基于水下地形的重力异常数据，可以开展水下导航定位算法的研究。

通过分析地下岩石密度分布、重力异常的空间分布特征等信息，可以建立起合适的水下导航定位算法模型，实现对水下位置的准确定位和导航。

四、环境特征对水下导航定位的影响水下环境的特征对导航定位具有重要的影响，其中包括水质透明度、水流速度、水中颗粒物质的密度等。

这些环境特征的变化会对基于重力的水下导航定位方法产生一定的干扰，而且环境特征的复杂性也增加了水下导航定位的难度。

五、个人观点和理解基于重力和环境特征的水下导航定位方法是一项具有挑战性和前景的研究领域，我认为在未来的研究中，需要重点关注水下环境特征的复杂性对导航定位的影响，并寻求更高精度和稳定性的水下导航定位算法。

Value Engineering0引言众所周知，海洋所蕴含的自然资源是地球上最丰富的但同时也是人类目前探索最少的地方。

随着人类在利用海洋和开发海洋上的投入不断增大，自主水下航行器（AUV）引起了越来越多的关注[1]，特别是在海洋石油勘探开发领域得到了快速发展。

AUV是能够在水下自主航行、自动控制、并能按照程序预先规划路径自主完成预定任务的水下集成系统。

导航定位技术是AUV的关键技术之一，高精度水下导航定位技术对AUV的安全航行和高效率完成任务具有决定性的作用。

由于无线电信号在水中迅速衰减，AUV无法借助无线电导航系统实现水下远距离、大范围的准确定位，卫星导航定位系统在水下不可用是AUV水下导航定位面临的主要技术挑战之一。

在不使用声学基线定位系统的情况下，AUV在水下主要依靠自身搭载的罗经、多普勒计程仪（Doppler Velocity Logger，DVL）或惯性导航系统提供的各类导航信息，通过航位推算模式实现水下导航定位。

惯性导航/航位推算方法精度受传感器本身测量精度影响，会随时间迅速积累。

在DVL锁定海底并且能够提供有效对地速度辅助导航的情况下，惯性导航/航位推算的导航误差一般为航行距离的0.5-2%，如果使用高精度的惯性导航设备，导航误差能够优于航行距离的0.1%。

当在水面时，AUV可以通过GNSS（Global Navigation Satellite System）获得的绝对位置来实时修正惯性导航系统误差。

但是定时上浮接收GNSS信号来实现对惯性导航误差的校正在实际应用过程中往往是不现实的，尤其在深水调查作业中。

在过去的二十年间，AUV水下导航定位技术研究取得了实质性的进展。

以视觉导航和地磁匹配导航技术为代表的非传统导航方式逐步开始在水下导航中得到应用，并取得了一定的成果。

除此之外，用于解决机器人导航定位的同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）算法技术日渐成熟，在水下导航定位方面的应用研究也取得了一定的理论和实践成果[2]。

球定位系统（GPS )可以向地球上任何 地方的G PS 接收器提供地理位置和时间1信息,条件是接收器附近要有4个以上GPS 卫星，并旦没有障碍阻挡。

诸如山脉和建筑物之类的障碍物会阻挡或者削弱GPS 信号。

然而，GPS 在水下却不能工作。

GPS 导航系统 依靠无线电波，无线电波在包括海水在内的液体 中会迅速衰减。

为了追踪海底滑翔器或鲸鱼等海 底物体，研究人员需要依靠声音信号。

但是产生 和发送声音的设备通常需要大体积的电池，寿命 短的电池需要定期更换。

如何实现水下导航，成 为科学界的重要命题。

美国麻省理工学院（M IT )的研究人员认为水下导航是可以实现的。

他们已经建立了一个无 电池的水下精确定位系统，称为水下反向散射定 位（U B L )。

U B L 不会发出自己的声音信号，而 是从周围环境反射调制信号。

这为研究人员提供 了净零能量的定位信息。

尽管这项技术仍在发展 中，但U B L 有朝一曰可能成为海洋保护主义者、 气候科学家和美国海军的重要工具。

这方面的最新研究，领衔科学家为雷那•杰 弗瓦德哥（R eza G h a ffa riv a rd a v a g h ),合作 者包括寨德•阿弗兹（Sayed Saad A fz a l )、奥 斯维.罗德里格斯（〇s v y R o d rig u e z )和凡戴 尔•阿迪比（Fadel A d ib )。

雷那是该研究小组 的负责人，他是海洋利用科学协会的副主席，也84 I Ocean World2020是麻省理工大学（M IT )电机工程与计算 机科学系的副教授。

“M i l l”在美国，人们的现代生活每时每刻都离 不开了G P S,如果突然关掉G P S,美国的社 会就会陷入混乱中。

GPS技术依赖于卫星传 输的无线电信号，可用于运输、导航、定向 广告等。

G P S自从20世纪70年代和80年代 问世以来，就改变了整个世界。

但是，GPS 并没有改变海洋，如果说地球上哪里可以躲 避G P S,那么最好的选择就是在水下。

水下机器人定位导航技术发展现状与分析发布时间：2022-10-09T02:31:59.217Z 来源：《科学与技术》2022年11期作者：李孟学[导读] 对于区域性探测，声波探测(尤其是超声波雷达系统)李孟学92213部队，广东省湛江市，524022摘要：对于区域性探测，声波探测(尤其是超声波雷达系统)是应用最为广泛的测量技术，而在较浅的水域(一般指因为流速较低或水面相对狭隘而导致安装了探测仪器的船只无法进入的区域)测深应用难度较大。

光学雷达容易被水体的透明度和海-气或河-气的不同介质的复杂光学环境影响，微波雷达则易被诸如海流流速、水流流速、风速等环境因素影响，探测应用在很大程度上受到了约束。

此外，在规模较大、分辨率较低的情况下，当前的星载遥感测试结果仍然难以达到探测应用工作的标准。

因此，用于水下作业的机器人开发与探测技术的研究是很有必要的。

关键词：水下机器人；定位导航；技术发展；现状；措施1水下探测装置分类依照水下机器人的探测技术和装置的不同，可将主流的水下探测元件分为：激光雷达传感器、声波传感器、双目视觉摄像头、声纳传感器、毫米波雷达传感器、红外线测距传感器以及其他测距元件。

这些不同的装置或探测方法由于探测原理不同，其探测的效果、完备性也各不相同。

按照不同的使用环境与条件，需要选择不同装置的机器人来进行探测，用以取得最为良好的完备性、准确性、精确性，是广大学者共同追求的目标。

依照水下机器人在探测过程中装置使用方式的主动性与被动性，可以分为主动测距与被动测距。

向探测对象发送电磁波，再接受由其反射回来的电磁波信号的传感器称为主动式传感器；只能被动接受来自地面目标发射的来自太阳的能源或是探测目标自身散发的电磁波能量信号的传感器被称为被动式传感器。

能够接收从地面或被测目标散发出来的电磁辐射的元件是探测器，也是传感器的重要组成部分，其主要功能是测量和记录所接收到的辐射信号。

典型的探测器是双目立体视觉摄像机和单矢量水听器。

水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究一、概述水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究，是近年来海洋工程领域的重要研究方向之一。

随着水下潜器在民用和军事领域的广泛应用，其导航定位精度和可靠性成为制约其性能提升的关键因素。

传统的单一导航方式，如惯性导航、声学导航等，虽然各有其优点，但在复杂多变的水下环境中，其性能往往受到限制。

研究水下潜器组合导航定位及数据融合技术，对于提高水下潜器的导航定位精度和可靠性具有重要意义。

组合导航定位技术通过集成多种导航传感器的信息，充分利用各种导航方式的优点，克服单一导航方式的局限性。

在水下潜器组合导航定位系统中，常用的导航传感器包括惯性测量单元、多普勒计程仪、声学信标等。

这些传感器能够提供不同的导航信息，如速度、位置、姿态等，通过合理的融合算法，可以实现信息的互补和优化，提高导航定位精度。

数据融合技术是实现组合导航定位的关键。

在水下潜器组合导航定位系统中，由于各种导航传感器的工作原理和性能特点不同，其提供的数据可能存在误差、噪声和不确定性。

需要通过数据融合技术，对多源导航数据进行处理和分析，提取出有效的导航信息，抑制噪声和误差的影响，提高导航定位的稳定性和可靠性。

水下潜器组合导航定位及数据融合技术的研究已经取得了一定的进展。

仍面临着诸多挑战和问题。

如何选择合适的导航传感器进行组合，如何设计有效的融合算法以充分利用各种导航信息，如何在实际应用中实现高精度、高可靠性的导航定位等。

需要进一步深入研究水下潜器组合导航定位及数据融合技术，推动其在实际应用中的发展。

水下潜器组合导航定位及数据融合技术研究是一项具有重要意义和挑战性的研究工作。

通过深入研究和实践，有望为水下潜器的导航定位性能提升提供有效的技术支持，推动海洋工程领域的发展。

1. 研究背景与意义随着海洋经济的快速发展和国防安全需求的提升，水下潜器在海洋探测、资源开发、军事侦察等领域的应用日益广泛。

水下环境复杂多变，导航定位技术面临着诸多挑战。