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自主水下航行器海底地形与重磁场匹配方法OA

Autonomous underwater vehicle localization via seafloor terrain and geophysical field matching

中文摘要英文摘要

为了克服自主水下航行器在大初始位姿误差及复杂海底环境下多源地球物理场匹配易产生歧义与误配的问题,提升其高精度、高鲁棒性的自主导航能力,本文提出一种基于贝叶斯估计框架的多源融合滤波匹配方法,将地形与重磁匹配统一建模于同一概率框架下,采用无迹卡尔曼滤波实现非线性状态最优估计,并引入模拟退火机制在线优化噪声协方差;同时,设计基于三角形描述子图同构的地形对应点提取方法,以及融合误差带约束的重磁最优对应点选取策略.仿真结果表明,该方法能显著抑制导航误差累积,在复杂海底环境下具备更高的匹配成功率与定位精度,为AUV实现长航时、高精度自主探测提供了可靠的技术途径.本文方法有效解决了大初始误差下地形匹配鲁棒性差、低重叠率导致误关联、重磁等值点多引发错匹配等问题,实现了多源信息的紧耦合融合与一致性更新.

To overcome these issues,a multi-source fusion matching method based on a Bayesian estimation framework is proposed,unifying terrain and geomagnetic-gravity matching within a single probabilistic model.The approach employs the unscented Kalman filter(UKF)for nonlinear state estimation,enhanced with simulated annealing for online noise covariance adaptation.A triangle descriptor-based graph isomorphism method is designed for robust terrain correspondence extraction,and a fusion error band-constrained strategy is developed for optimal selection in gravity and magnetic matching.The method effectively improves robustness under large initial errors,reduces false associations caused by low overlap or ambiguous anomalies,and enables tight integration and consistent state updates across multi-source data.Simulation results show the proposed method suppresses navigation drift and achieves higher matching success rates and positioning accuracy in complex seafloor settings,offering a reliable solution for long-endurance,high-precision AUV navigation.

程志雄;陈昶雷;董星犴;陶奥飞;李素军;张强;胡庆玉

哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 三亚南海创新发展基地,海南 三亚 572024哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 三亚南海创新发展基地,海南 三亚 572024哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001哈尔滨工程大学 智能海洋航行器技术全国重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001||哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001中国船舶集团有限公司第七一〇研究所,湖北 武汉 430200

交通工程

自主水下航行器多源融合定位贝叶斯估计点集匹配三角形描述子误差带约束重磁场匹配模拟退火

autonomous underwater vehiclemulti-source fusion localizationBayesian estimationpoint set matchingtriangle descriptorerror band constraintgravity-magnetic field matchingsimulated annealing

《哈尔滨工程大学学报》 2026 (5)

929-940,12

国家自然科学基金项目(52431011,52371305)国家科技重大专项项目.

10.11990/jheu.202601011

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