兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (8): 2678-2687.doi: 10.12382/bgxb.2023.0599
收稿日期:
2023-06-21
上线日期:
2023-10-23
通讯作者:
ZHOU Guohua, LI Linfeng*(), WU Kena, LIU Yuelin, XIA Shuai
Received:
2023-06-21
Online:
2023-10-23
摘要:
采用自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)磁测平台可开展海洋地磁场测量、水下磁性目标探测和识别等工作,AUV磁测平台具有广阔的应用前景,但目前AUV载体磁干扰补偿技术研究尚不成熟,制约着水下航行器测磁精度。基于磁测平台抗磁干扰基本原理,提出一种基于线性种群规模缩减和成功历史的参数自适应差分进化(Success History-based Adaptive Differential Evolution with Linear Population Size Reduction, L-SHADE)算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟方法。用磁偶极子和旋转椭球壳混合模型来等效模拟AUV载体磁干扰,通过模拟航行获得多组磁测数据,据此建立磁干扰参数辨识模型,并采用L-SHADE算法求解。通过数值模拟实验定量分析研究磁测平台测磁精度随磁传感器、平台姿态及航向等误差的传播规律。研究结果表明:当磁传感器测量精度为10nT、姿态测量精度为0.01°、航向测量精度为0.1°时,测磁误差可小于100nT。设计的AUV磁测平台抗干扰试验表明,地磁场总量最大相对误差为1.07%。
中图分类号:
周国华, 李林锋, 吴轲娜, 刘月林, 夏帅. 基于L-SHADE算法的AUV载体磁干扰参数辨识的数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(8): 2678-2687.
ZHOU Guohua, LI Linfeng, WU Kena, LIU Yuelin, XIA Shuai. Numerical Simulation of Magnetic Interference Parameter Identification of AUV Based on L-SHADE Agorithm[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(8): 2678-2687.
辨识方法 | K | mp |
---|---|---|
理论计算 | ||
模拟仿真 |
表1 参数辨识对比表
Table 1 Parameter identification comparison sheet
辨识方法 | K | mp |
---|---|---|
理论计算 | ||
模拟仿真 |
序号 | 磁传感器测量 精度/nT | 姿态测量 精度/(°) | 航向测量 精度/(°) |
---|---|---|---|
1 | 100 | 0.1 | 1 |
2 | 1 | 0.001 | 1 |
3 | 100 | 0.1 | 0.5 |
4 | 10 | 0.1 | 0.5 |
5 | 1 | 0.1 | 0.5 |
6 | 10 | 0.05 | 0.5 |
7 | 10 | 0.1 | 0.1 |
8 | 10 | 0.05 | 0.1 |
9 | 1 | 0.05 | 0.1 |
10 | 10 | 0.01 | 0.1 |
11 | 1 | 0.01 | 0.1 |
12 | 0.1 | 0.005 | 0.05 |
13 | 0.01 | 0.001 | 0.01 |
表2 13组典型传感器精度方案
Table 2 13 groups of typical sensor accuracy solutions
序号 | 磁传感器测量 精度/nT | 姿态测量 精度/(°) | 航向测量 精度/(°) |
---|---|---|---|
1 | 100 | 0.1 | 1 |
2 | 1 | 0.001 | 1 |
3 | 100 | 0.1 | 0.5 |
4 | 10 | 0.1 | 0.5 |
5 | 1 | 0.1 | 0.5 |
6 | 10 | 0.05 | 0.5 |
7 | 10 | 0.1 | 0.1 |
8 | 10 | 0.05 | 0.1 |
9 | 1 | 0.05 | 0.1 |
10 | 10 | 0.01 | 0.1 |
11 | 1 | 0.01 | 0.1 |
12 | 0.1 | 0.005 | 0.05 |
13 | 0.01 | 0.001 | 0.01 |
序号 | Bpx/ nT | Bpy/ nT | Bpz/ nT | 航向角 φ/rad | 横摇角 γ/rad | 纵倾角 θ/rad |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 33253 | 8000 | 35755 | 0 | 0.26062 | 0.03970 |
2 | 33314 | -1608 | 36591 | 0 | 0.00181 | 0.04947 |
3 | 33237 | -11381 | 34913 | 0 | -0.26326 | 0.05988 |
4 | -1335 | -24701 | 42688 | 1.5708 | 0.26191 | 0.04052 |
5 | -1535 | -34938 | 34928 | 1.5708 | -0.0007 | 0.05033 |
6 | -1770 | -42911 | 24653 | 1.5708 | -0.26270 | 0.06079 |
7 | -34999 | 8045 | 33542 | 3.14159 | 0.26182 | 0.04119 |
8 | -34957 | -827 | 34681 | 3.14159 | -0.00051 | 0.05000 |
9 | -34999 | -9717 | 33434 | 3.14159 | -0.26287 | 0.06148 |
10 | -143 | 41096 | 26644 | 4.71239 | 0.26088 | 0.04040 |
11 | 120 | 32745 | 36472 | 4.71239 | -0.00120 | 0.04985 |
12 | 264 | 22196 | 43788 | 4.71239 | -0.26117 | 0.06044 |
表3 AUV载体磁场测量数据表
Table 3 AUV magnetic field measurement data sheet
序号 | Bpx/ nT | Bpy/ nT | Bpz/ nT | 航向角 φ/rad | 横摇角 γ/rad | 纵倾角 θ/rad |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 33253 | 8000 | 35755 | 0 | 0.26062 | 0.03970 |
2 | 33314 | -1608 | 36591 | 0 | 0.00181 | 0.04947 |
3 | 33237 | -11381 | 34913 | 0 | -0.26326 | 0.05988 |
4 | -1335 | -24701 | 42688 | 1.5708 | 0.26191 | 0.04052 |
5 | -1535 | -34938 | 34928 | 1.5708 | -0.0007 | 0.05033 |
6 | -1770 | -42911 | 24653 | 1.5708 | -0.26270 | 0.06079 |
7 | -34999 | 8045 | 33542 | 3.14159 | 0.26182 | 0.04119 |
8 | -34957 | -827 | 34681 | 3.14159 | -0.00051 | 0.05000 |
9 | -34999 | -9717 | 33434 | 3.14159 | -0.26287 | 0.06148 |
10 | -143 | 41096 | 26644 | 4.71239 | 0.26088 | 0.04040 |
11 | 120 | 32745 | 36472 | 4.71239 | -0.00120 | 0.04985 |
12 | 264 | 22196 | 43788 | 4.71239 | -0.26117 | 0.06044 |
算法 | ΔBx/nT | ΔBy/nT | ΔBz/nT | ΔB/nT |
---|---|---|---|---|
OLS | 11.8 | 9.3 | 6.1 | 9.3 |
L-SHADE | 6.0 | 12.7 | 5.8 | 7.8 |
表4 标准差对比表
Table 4 Standard deviation sheet
算法 | ΔBx/nT | ΔBy/nT | ΔBz/nT | ΔB/nT |
---|---|---|---|---|
OLS | 11.8 | 9.3 | 6.1 | 9.3 |
L-SHADE | 6.0 | 12.7 | 5.8 | 7.8 |
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