自主無人潛航器組合導航虛擬仿真實驗是中國人民解放軍國防科技大學建設的虛擬仿真實驗課程。
基本介紹
- 中文名：自主無人潛航器組合導航虛擬仿真實驗
- 課程負責人：曹聚亮
- 建設院校：中國人民解放軍國防科技大學
- 授課教師：王茂松、張禮廉、昊文啟、潘獻飛
課程性質,教學目標,
課程性質
課程背景
不同於陸上的移動設備導航實驗，AUV實地導航實驗需要設備下河下海，實地環境具有一定危險性，會對實驗人員的人身安全構成威脅，且實地實驗可能會造成AUV設備的損壞、遺失等。另外，搭建水下實驗環境需要高昂的成本，耗費大量的人力物力。因此，在進行實地實驗之前，先進行虛擬仿真實驗是十分必要的。虛擬仿真實驗同樣可以對算法性能進行測試，驗證算法在理論上是否完善、能否增強導航系統穩定性、能否提高導航精度等。虛擬仿真實驗不受氣象條件和場地的限制，且可以人工模擬實驗環境，例如要驗證AUV遭遇水下暗流，在高動態情況下的導航精度表現，這在仿真環境中可以輕易實現，而在實際環境中，暗流不可能人為控制和添加。虛擬仿真實驗可以節約時間，減少物力消耗，提升實驗的趣味性，且能對諸多極端條件進行模擬測試，對導航算法的綜合性能有一個預先評估。因此在進行AUV實地導航實驗之前先進行虛擬仿真實驗，可以達到事半功倍的效果。針對此背景，本項目開展基於自主無人潛航器的慣性及組合導航虛擬仿真實驗。實驗共包括實驗認知、選擇運動軌跡、選擇潛航器、初始對準實驗、純慣性導航實驗和組合導航實驗等六個模組。實驗中引入課程團隊的最新科研成果—狀態變換卡爾曼濾波算法STEKF，提高教學實踐內容的高階性、創新性和挑戰度，激發學生對於導航領域的探索興趣。
教學目標
1.熟悉不同級別典型AUV特點、結構組成、AUV發展歷史及相關感測器的理論知識;
2.掌握AUV初始對準、慣性導航及組合導航算法，通過改變初始化參數，對比分析不同初始參數對初始對準、慣性導航及組合導航結果的影響;
3.對比分析擴展卡爾曼濾波算法(EKF)和狀態變換卡爾曼濾波算法(ST-EKF)分別在小初始失準角和大初始失準角條件下對AUV組合導航位置結果的影響，打通理論前沿成果與工程實際的橋樑。
4.深刻體會“理論-實踐-理論”的重要性，即將所學知識套用於實踐-從實踐中發現問題-通過分析問題再完善理論，培養學生針對不同實驗結果能夠自主探索關鍵原因，鍛鍊其發現問題、分析問題、解決問題的能力。
