水下自主航行器的横滚抑制控制系统设计

水下自主航行器受到扰动影响容易产生横滚,为了提高水下航行器的稳定性,提出一种基于横滚抑制的水下自主航行器控制系统设计方法。系统设计主要包括了控制算法设计和系统的硬件模块化设计,采用鲁棒性PID控制算法进行控制律设计,构建静态神经元控制时滞闭环系统,采用严格反馈抑制方法进行横滚抑制,在程序加载电路中进行控制算法加载。硬件设计主要包括航行姿态的A/D采样电路、控制信息处理器、伺服机构和控制输出电路等。最后进行系统调试和仿真分析,结果表明,采用该控制系统能有效抑制水下自主航行器的横滚,进行姿态修正,提高航行稳定性。     

基于主从式水下自主航行器移动组网的合作目标定位方法

利用水下自主航行器(AUVs)协同编队可以在未知水域中实现对目标的定位。针对AUV导航误差导致定位精度降低问题,该文提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的多AUV编队融合观测协同目标定位算法。AUV编队由一个装备有高精度惯性导航系统(INS)的领航AUV以及多个装配有低精度INS的跟随AUV组成。从跟随AUV中选取参考AUV和待测AUV,通过设置定位周期和观测间隔来分别对其进行不同的观测。参考AUV作为中转,接收来自高精度AUV位置参数后,向待测AUV传递自身位置参数,利用扩展卡尔曼滤波器完成对AUV集群的协同位置修正。仿真结果表明,该方法AUV集群自身定位精度高且误差随时间积累小,对领航AUV数量需求少,能够实现水下目标低功耗、远距离定位。     

自主式水下航行器试验平台的设计

为水下探测提供试验平台,设计了一台自主式水下航行器(AUV)。该航行器可被应用于海洋资源调查、港口安防、水产养殖、地貌观测等诸多方面。它可利用自身搭载的声呐、AHRS等传感器,实现水下自主航行、避障;并通过导航算法,实时地规划最优路径,完成水下地貌观测、资源探测。同时它也具备在水下未知环境,构建地图能力。     

复杂涌流下水下自主航行器横滚抑制控制仿真

在复杂的海洋涌流背景下,水下自主推进航行器受到扰动较大,出现横滚导致控制稳定性下降,提出一种基于模糊PID扰动抑制的复杂涌流下水下自主航行器横滚抑制算法.构建在复杂涌流下的水下自主航行器运动状态模型,在航行器的纵向运动全包线内对横舵角、横滚角、回旋角等运动约束参量进行定常运动分析,采用模糊PID神经网络控制模型进行控制律的改进设计,结合Lyapunov稳定性原理进行横滚抑制和误差修正,实现控制算法改进.仿真结果表明,采用该控制算法进行复杂涌流下水下自主航行器横滚抑制控制,具有较好的输出响应跟踪性能,有效抑制横滚,提高了水下自主航行器的稳定控制能力,鲁棒性较好.     

基于Vega Prime的水下航行器视景仿真

针对潜艇发射水下航行器攻击水面目标这一想定进行视景仿真。利用Multigen Creator进行三维实体建模和地形生成,基于Vega Prime实时视景仿真平台开发水下航行器攻击可视化仿真应用,展现潜艇发射水下航行器、水下航行器水下航行和运动,跟踪并攻击水面舰船的场景。能够直观、逼真地演示武器运动状态,实时交互性强,在武器系统设计和论证,武器平台研制仿真中具有实际意义。     

一种AUV自主导航系统的设计

实现自主导航是AUV发展与应用需要解决的关键技术之一,针对这个问题设计了一种基于同步定位与地图创建的自主式水下导航系统,使用扩展卡尔曼滤波作为滤波框架,对系统状态模型、系统观测模型、数据关联、状态估计过程以及新特征加入等问题进行了讨论。该系统相比惯性导航系统精度显著提高,同时能够获得精确可靠的环境地图,为实现AUV自主导航提供了一种有效途径。     

基于改进A*算法的水下航行器自主搜索航迹规划

以水下航行器在水下路径规划为研究重点,提出了基于改进型A*算法的水下无人航行器自主搜索航迹规划算法。一般航迹规划可由多种算法完成,而在这些算法中以A*的计算流程最为简单、算法易于实现,并在理论上可保证全局最优解的收敛性;且程序较为简短,可在一些低功耗、低主频的系统中应用。由于传统的A*算法不具备最小转弯半径等约束条件,因此,针对水下航行器高低速问题,对传统的A*算法进行改进,使得A*算法可实现高速与低速相结合的应用。     

基于MFA的水下航行器控制方法研究

水下航行器是一种典型的非线性和欠驱动系统,在工作环境中会受到风浪流等外界干扰,难以建立精确的数学模型.水下航行器系统的复杂性与不确定性给运动控制器的设计带来了挑战,因此,针对水下航行器运动控制所应用的方法进行分析,引入无模型自适应(Model Free Adaptive,MFA)控制方法,并完成仿真验证.仿真结果表明,...     

基于扩展Kalman滤波的单领航者自主水下航行器协同导航判别式训练方法研究

单领航者自主水下航行器(AUV)协同导航算法中,系统模型是非线性的,扩展Kalman滤波(EKF)是针对非线性系统的很有影响力的滤波算法,但是,EKF算法的性能严格依赖于一系列模型参数,而这些参数往往需要花费很大的代价来捕获,并且常需要人工调整。该文应用一种能自动学习Kalman滤波噪声协方差参数的方法,通过仿真分析,证明了该学习算法可以完全自主并且高效、准确地输出Kalman滤波噪声参数,进一步提高了单领航者AUV协同导航系统的导航精度。     

水下航行器高速机动非线性特性研究

在强机动条件下,水下航行器运动模型的解算可能会出现分岔、突变和多解等现象,对应于水下航行器的运动会出现失稳现象。针对这一问题,采用系统稳定性、稳定性判别及分岔等理论,以及解算高维非线性系统的延拓算法,研究了各项参数对水下航行器高速运动稳定性等非线性特性的影响,求出了产生分岔等危险情况的数值解。研究结果对水下航行器的实际操作控制可提供有益指导。     

无人水下航行器的发展与展望

以无人水下航行器的发展趋势与功用为主题,介绍了无人水下航行器的特点和使命,阐述了无人水下航行器的发展历程和研究现状,重点介绍了美国在无人水下航行器方面的发展过程和发展方向。最后展望了其未来发展重点及在军事方面的广泛应用。     

水下无人航行器及其路径规划技术的发展现状与趋势

路径规划技术是决定水下航行器(UUV)智能化水平高低的关键技术,它是自主导航中的一个重要组成部分。本文结合了水下机器人的研究现状、重点技术以及路径规划技术的研究概况,对UUV路径规划技术的发展趋势进行了阐述,并分析了路径规划技术的方法,主要包括智能化方法和多传感器信息融合方法等;最后对UUV路径规划技术进行了展望。     

基于总线的分布式水下航行器控制器设计

提出了一种基于CAN总线的分布式水下航行器控制器的设计方法,主要描述了其硬件总体设计方案和实现办法。控制器作为分布式控制系统的一个节点,与其他节点之间以CAN总线连接并形成网络,相互传输数据和控制命令,每个节点都有主控计算机,以实现计算任务的分散化。控制器以基于ARM架构的MCU为控制计算机,搭载隔离模块、CAN控制器和收发器、数据存储模块、I/O接口模块、RS232模块等电路。该控制器的特点是体积和功耗小,通讯功能强,可实现智能控制、数据采集处理,故障发现等控制功能。     

AUV方向和深度控制研究

AUV需要在各种水下不利环境下展现其性能,在各种复杂的海洋环境下具备高度的智能化,因此,对它的控制面临许多困难和挑战。此外,AUV的运动状态非常不规则,航行时会受到水动力学等许多不确定的外部干扰。为了对AUV进行精确的水下跟踪定位,必须设计一种新型的导航和深度控制系统。本文设计了两种控制系统:第一种是线性的,使用标准PID技术,而第二种是非线性的,采用自适应方法文中研究了自适应控制系统在水下航行器不规则运动模型的应用,仿真结果表明,非线性模式的控制系统比常规的PID方法具有更好的控制性能。     

面向AUV自主回收的单目视觉定位算法

针对自主水下航行器（AUV）自主回收过程中对回收装置的近距相对位置测量问题,提出了一种基于单目视觉的近距定位方法。该方法首先给出AUV与回收装置端面垂直时的单目定位方法,然后提出旋转定位法来解决AUV有俯仰和偏航时AUV与回收装置之间相对位置的精确计算问题,并进行了实验室试验研究,验证了该方法的有效性。     

水下航行器遥控遥测系统误码率分析

水下航行器的运作与水声信道特性有着密不可分的关系,所以水声信道的研究对提高水下航行器性能起着非常重要的作用。从理论上介绍了水下航行器通信系统,着重分析了同一水声信道采用不同的调制解调方式(2ASK,2FSK,2PSK)时水下航行器系统误码率和信噪比的关系,然后通过MATLAB建立了系统仿真模型,得到了信噪比对误码率影响的仿真结果,并与理论结果进行了比较,对研究和设计水下航行器通信系统有着实际的指导意义。     

排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响

水下航行器动力系统循环冷却水经由排放口排出,与环境水体掺混换热形成热射流。热射流在环境水体中扩散、浮升并在水体表面形成红外特征。为探究排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响,文中采用仿真分析结合实验验证的方法进行研究。依托CFD计算软件平台建立水下航行器运动模型,设计不同半径比椭圆形排放口结构并对比热射流红外特征差异。通过缩比水池实验验证椭圆形排放口半径比对热射流红外特征的影响,同时验证仿真计算方法及设计参数的有效性。在椭圆形排放口的基础上,进一步设计排放口数量及分布位置,抑制热射流红外特征,提升水下航行器热隐身性能。根据仿真计算及实验结果可知,在排放流量相同的条件下,半径比越小的椭圆形排放口热射流掺混换热效果越好,红外特征越不明显。同时,增加排放口数量以及排放口分布位置采用两翼排列方式可以进一步加强热射流温度衰减,降低水面最高峰值温度。     

水下无人航行体航迹规划算法研究

论述了水下无人航行体的航迹规划技术。对水下无人航行体航迹规划问题进行了论述。探讨了航迹规划系统组成,对水下无人航行体的航迹规划算法进行了分类概述。最后,对水下无人航行体的航迹规划研究的关键问题进行了展望。     

无人水下航行器搭载鱼雷发控的可行性研究

针对无入水下平台实施反潜作业时指控系统的构建以及水下平台携载武器的性能参数等问题,研究了水下平台携载武器的发射初期的弹道与发射参数的关系;具体设计了无入水下平台实施反潜作业的指控系统架构图和发射参数与初始弹道的关系的三自由度仿真;提出了水下武器的发射速度和管制舵角的设置区间.通过仿真实验验证了发射参数与初始弹道的关系,实验结果表明:只有发射速度和管制舵角处于合理的区间内,携载武器才能保持合适的初始航行姿态,使命中目标的概率得到大幅提升.     

多无人水下航行器协同探测声呐宽带波形设计与性能分析

相比于空中的电磁波信号,水下的声波信号传播速度小、频率低,多普勒效应和窄带信号处理方法严重影响多无人水下航行器(multi-UUV)协同探测声呐对运动目标的探测性能。该文基于Costas序列和正交频分线性调频(OFD-LFM)波形,设计了离散频率编码非正交线性调频波形(DFCW-NOFD-LFM),并将该波形与二进制相移键控(BPSK)、离散频率编码波形(DFCW)等传统码分多址(CDMA)波形进行了性能比较。结果表明,所设计波形具有大多普勒容限、良好的自相关与互相关性能和优秀的抗混响能力,有望应用于多UUV协同探测声呐,以提高其运动目标探测性能。