一种欠驱动AUV的三维实时避碰方法

针对以测距声纳为避碰传感器的一类欠驱动型AUV，提出了一种水平面和垂直面相结合的三维实时避碰方法。根据测距声纳和欠驱动AUV 的特殊性，首先从运动规划和路径规划2 个层次提出了AUV 混合型实时避碰结构，并分别设计了基于事件反馈监控的避碰自动机和基于免疫遗传的局部路径规划算法。多种典型障碍场景的半物理仿真实验表明，论文所提方法能够实现AUV 安全、稳定的三维避碰过程。

主从式UUV群的随从UUV导航

单只水下机器人导航方法存在着各自的缺陷,无法满足低成本UUV群的作业需要。建立由一只具有高精度自主导航能力的主UUV和多只由低成本导航传感器的随从UUV组成的一主多从式UUV群,研究随从UUV导航方法。与前人的极坐标化方法不同,在直角坐标系下对随从UUV导航系统进行了能观性证明。随从UUV通过测距传感器测量自身到主UUV的距离,采用EKF算法进行位置估计,给出了机动航行方案。仿真实验证明了有效性。

一个面向异构多UUV协作任务的分层式控制系统

针对异构多UUV协作任务,提出了基于多智能体系统的分层式体系结构(MAHA).在个体层面,将UUV智能体的思维状态分为社会心智和个体心智两个层次分别实现,更加符合人类社会协作模式;在群体层面,提出了复杂海洋环境下UUV群体结构的评价准则,并据此将MAHA与现有结构进行了对比分析.此外,利用面向对象的Petri网理论建立了系统的协作模型,有效降低了系统建模的复杂性.最后,水下多目标搜索使命的实例研究表明,MAHA能够保证异构UUV之间进行有效的协作.

反水雷UUV的作战效能模型分析

针对UUV的战术技术性能和使用特点,基于WSEIAC方法建立了反水雷UUV的作战效能基本评估模型,系统地论述了反水雷UUV作战效能的定义、量度和反水雷UUV作战效能基本评估模型及效能评定所涉及的UUV可用性、可信性及作战能力的分析方法。该模型能鲜明反映UUV装备的系统效能的物理本质,并在工程应用上具有简便灵活的特点,对于设计反水雷UUV——一种未来海军必要的新型反水雷装备,具有重要的指导意义。

UUV推进系统容错控制分配算法研究

针对水下机器人(UUV)推进系统容错控制分配问题,本文提出了基于SVD分解(奇异值分解)与定点分配的混合算法。与传统的方法相比,它回避了求伪逆矩阵的问题,降低了计算量;能够满足推进器饱和约束限制。利用水下实验平台推进系统模型进行了仿真实验,验证了算法的正确性和有效性。

综合权值递推最小二乘法估计从UUV航行参数

根据主UUV观测系统测量的从UUV方位信息精度高、距离信息精度低的特点,将遗忘因子和位置权值构成的综合权值融入递推最小二乘算法(RLS)用于从UUV航行参数分析,避免采用EKF算法对观测噪声要求高的缺陷,克服数据饱和现象。同时对从UUV方位信息进行预处理以提高航行参数估计的收敛速度。仿真实验证明了方法的有效性。

AUV定位信号检测延时的蒙特卡洛模拟分析

在简要介绍AUV声学定位声纳接收机原理基础上,分析了CW脉冲信号在极性相关检测电路中的传输过程,建立了极性相关积分检测延时仿真分析模型。提出采用蒙特卡洛模拟方法获取检测延时的分布特征和统计参数的观点。实验结果表明蒙特卡洛模拟实验与硬件电路实验结果一致,对于解决随机性检测延时问题具有很强的能力。获得的结果可为AUV定位声纳检测门限的设定、声学测距和定位精度分析以及水声通信延时分析提供参考。

多UUV协作系统的研究现状与发展

介绍了多UUV(Unmanned Underwater Vehicle)协作系统的结构和特点,分析了其未来应用前景,并对国外多UUV系统的应用现状进行了综述.在此基础上,着重分析了系统涉及的导航、通信、控制和能源等技术的研究现状并展望了其未来的发展方向.

螺旋桨驱动UUV推进系统研究

为了实现水下机器人(UUV,Unmanned Underwater Vehicle)的高精度控制,深入研究了螺旋桨驱动UUV推进系统各个环节运行机理,并建立了它们各自的数学模型,包括PWM模块、直流永磁电机、螺旋桨、舵的数学模型。多功能仿真试验和湖试试验的系统响应曲线基本吻合,一方面表明本文建立的推进系统模型的正确性,另一方面体现了在多功能仿真平台上调试的控制策略和控制器参数具有很大的可信度。

基于时延Petri网的多UUV系统的任务分配策略

针对多水下机器人(unmanned underwater vehicle,UUV)系统动态任务分配问题展开研究,在对系统的体系结构和任务分配机制进行分析的基础上,利用时延 Petri 网理论对系统的任务分配进行建模,提出了一种新的任务分配策略:群体协调层采用集中式任务分配策略,由主 UUV 将任务实时下达给各从 UUV;监控规划层采用基于适应度的分布式任务分配方式,充分发挥各异构 UUV 自身的智能。仿真结果验证了模型的合理性和任务分配策略的有效性。

基于跟随领航者法的多UUV队形控制方法研究

本文主要研究基于跟随领航者法的多 UUV(unmanned underwater vehicle)队形控制。在 UUV 载体坐标系下建立系统的运动学模型,该模型是对笛卡尔坐标系下的运动学模型的改进,避免了极坐标系下奇异点的出现。该模型经过输入输出反馈线性化,获得稳定的队形控制器。同时,为了缩小队形控制律中的控制参数的调整范围,本文提出了辅助算法,在此基础上分析参数的有效范围。将队形控制律在多 UUV 数字仿真平台上验证,证实了改进的运动学模型和控制律的有效性。

面向多目标搜索的多UUV协作机制及实现方法研究

由不同功能UUV组成的异构系统能够实现对水下多个目标的探测和识别，多台UUV的协作机制已经成为当前水下机器人领域的一个热点课题。论文的研究工作依托国家863计划“基于弱通信的多机器人协调控制关键技术研究”等多项课题，面向水下多目标搜索应用背景，针对水下声学通信以及探测、导航传感器的局限性，研究弱通信条件下异构多UUV系统协作机制及实现方法，具体研究内容包括如下几个方面： (1) 构建了异构多UUV系统的体系结构：提出了基于多智能体角色联盟的UUV群体体系结构，使其能够适应多重的使命需求，具有开放性。设计了基于智能体思维结构的UUV个体体系结构，将UUV智能体的思维状态分为个体心智和社会心智两个层次分别实现，更加符合人类社会思维模式。基于面向对象Petri网理论对角色联盟进行建模，能够对角色内部控制逻辑和角色之间协作逻辑进行描述。 (2) 设计了多UUV系统的编队搜索策略：面向多目标搜索应用设计了编队搜索策略，保证搜索区域的连续性，采用基于大地坐标系的队形结构，更易于转弯时的队形控制。提出了基于思维层规划的队形控制方法，将跟随领航者法集成到队形控制任务的规划中，方便在不同任务间的切换，具有通用性。此外，设计了多UUV系统的队形重规划策略。 (3) 研究了多UUV系统的任务分配方法：针对同步搜索中的分布式任务分配问题，提出了动态熟人网方法，该方法对传统熟人网方法进行了改进和扩充，能够满足弱通信条件下任务分配的响应时间、执行时间、可靠性和负载均衡等性能要求，将动态熟人网方法应用于目标识别任务分配问题，仿真结果表明动态熟人网相比传统熟人网具有更好的性能。针对异步搜索中的多目标优化任务分配问题，提出了多蚁群系统（MACS）算法，该算法针对多个目标的不可公度性，对现有蚁群系统（ACS）算法进行了扩展，将MACS方法应用于多目标优化任务分配问题，仿真结果显示MACS算法相比加权法ACS具有更好的性能。 (4) 研究了多UUV系统低成本自主导航方法：提出了基于移动双信标的协作导航方法，采用两台携带高精度导航传感器的主UUV，为数量不限的携带低精度导航传感器的从UUV提供导航信息。设计了基于扩展卡尔曼滤波器的从UUV位置估计算法，该方法能够有效提高从UUV的导航精度，并且适应弱通信条件。 多UUV仿真平台的实验结果验证了本文提出的协作机制及实现方法是正确有效的，能够满足弱通信条件下多目标搜索的实际需求。

基于水声通信的多UUV系统网络协议研究

随着海洋作业需求的不断复杂化和多样化，单台水下机器人的功能逐渐显示出一定的局限性。于是由多台水下机器人组成的协作系统逐渐成为研究热点。多水下机器人系统具有稳定性和可靠性高、探测范围广、功能丰富、工作效率高等特点、在海洋水文数据取样、水下目标搜索、海洋资源勘探等许多方面有着广阔的应用前景。多水下机器人系统能够进行协同作业的基本前提是在水下机器人之间的存在可靠而高效的水声通信网络。为了克服多水下机器人网络中存在的低信道带宽、长传播延时、低信道稳定性、节点能量受限等诸多困难，设计适用于多水下机器人网络的通信协议成为多水下机器人领域的重要的基础性的课题，具有重要的理论和现实意义。 本文首先研究了多水下机器人水声通信网络技术的发展历史和概况。然后从水下机器人和水声通信网络两方面研究了多水下机器人水声通信网络的特点、难点。在水声通信网方面，分析了网络拓扑、物理层和数据链路层的现有解决方案，并结合了多水下机器人水声通信网络的特点，选择了合适的网络拓扑，物理层水声通信机、数据链路层媒介访问控制协议作为研究工作的起点。 然后，本文根据多水下机器人水声通信网络的特点，研究了多水下机器人水声通信网络协议设计的基本思想，并依据该思想设计并实现了多水下机器人水声通信网络协议。该网络协议在退避算法、能量控制、媒介访问控制、序号机制、捎带机制、网络地图等方面做了一定的改进。 接着，为了方便调试、评估该网络协议，本文首先建立了水声通信的经验模型，并在此基础上设计并实现了一个基于局域网的多水下机器人水声网络协议仿真系统。在该仿真系统上，本文对协议进行了仿真和分析，仿真结果表明本文所设计的协议要优于原型协议。 最后，本文对多水下机器人水声通信网络的几个问题进行了探讨，并作了总结与展望。

“探索者”号无缆水下机器人水下回收系统的设计与应用

本文详细介绍了"探索者"号无缆水下机器人水下回收系统的设计思想及电控系统的实现方法.本系统分为水上水下两部分.ROV式潜水平台型回收器,可在水下灵活运动,并可定向、定深.依靠电视跟踪技术和声纳定位技术实现回收器与水下机器人的对接.

一种测速多卜勒声纳的实现方法

本文介绍了多卜勒测速原理和测高原理并着重介绍了一种多卜勒测速声纳的实现方法及8098单片机在多卜勒测速声纳的应用。