《广南府志》整理连载(十七)

普厅秋稼；博濑春游；莲郡宵灯；南溪画艇；龙湫阴雨……     

单目视觉引导下的无人艇局部避障方法

针对无人艇（unmanned surface vehicle,USV）在作业过程中,需要及时躲避未被标注在地图上的漂浮障碍,并及时返回规划航道的问题,提出一种基于单目视觉的无人艇局部避障方法。避障方法使用YOLO网络识别图像中的障碍物,结合针孔成像原理和水体自由断面特点,解决单目视觉尺度不确定问题,从图像中恢复出障碍物的宽度及深度信息;针对无人艇惯性大,机动性差的特点,引入虚拟水道宽度等信息素,提出了改进的向量场直方图算法（vector field histogram plus,VFH+）;算法参考当前障碍疏密,动态调整不同信息素对最佳航向角计算的影响,引导无人艇在兼顾全局导航信息情况下,应对未知漂浮障碍物快速自动局部避障。基于水动力模型和Gazebo仿真引擎搭建无人艇避障的仿真实验平台。在仿真中快速迭代研究算法的参数范围及控制效果,实现了无人艇在舱内空间和能量均有限的工况下,仅使用单目视觉传感器,兼顾全局路径规划和局部障碍信息,自动化高效躲避漂浮障碍,并在脱离障碍后回归原有规划路径的功能。     

浙江渔场夏秋汛机帆船灯围作业渔况分析

本文根据１９９０—１９９３年机帆船灯光围网作业渔况调查资料及鲐鲹鱼生产历史资料，阐述了灯围作业发展的历史和现状，渔场的变动和经济效益，讨论了近几年来灯围作业滑坡的原因，提出今后扶持灯围作业的建议，为利用鲐鲹鱼资源，发展我省的海洋捕捞业提供依据。     

Ⅱ型深潜器陆上联调试验圆满成功

由我校抓总主持设计的Ⅱ型深潜器全艇重要系统、关键设备的陆上联调试验工作按联调试验大纲和联调试验细则的要求,于4月2日在我校圆满结束.Ⅱ型深潜器是我国自行研制设计的第一艘载人、缆控双功型、打捞、探测,作业小型深潜器.该艇结构复杂,自动化程度高,在技术上填补了国内多项空白.该艇是由我校作为技术责任单位进行研究设计,由船舶总公司431厂建造的,作为艇的使用单位船总750试验场参加了部分设计工作.艇内大部分关键系统设备均采用了我校国防“七五”预研的最新成果,如:综控、缆控、逆变电源、电力推进、水下电视、光纤传输等系统.     

潜艇尾流场中螺旋桨非自由声场的预报

为在频域内分析潜艇艇体声散射效应对尾流场中螺旋桨声场的影响,以小比例潜艇和大侧斜螺旋桨为对象,首先基于计算流体力学(CFD)方法模拟了"艇+桨"的推进特性,得到了螺旋桨壁面的脉动压力,然后考虑艇体的散射效应,计算分析了螺旋桨的声场特性.结果表明:当以"艇+桨"系统为对象真实模拟螺旋桨的工作条件时,由于潜艇尾部十字舵的存...     

基于虚拟艇引导的无人艇轨迹跟踪模型预测控制

针对无人艇在跟踪任务前期因位置偏差过大及约束存在而导致模型预测控制器(MPC)震荡问题，提出一种由虚拟无人艇引导的MPC控制策略，引用虚拟过渡轨迹代替实际无人艇的目标轨迹，并设计转换条件决定无人艇在执行过程中何时退出该虚拟引导策略。为解决MPC稳定性问题，基于准无限模型预测控制理论，在MPC设计中添加终端惩罚函数，通过构造Lyapunov函数，证明了本文方法在有限时域内的稳定性。引入非线性干扰观测器对复杂海洋环境中的干扰进行观测，利用控制器对其进行补偿。圆形、正弦和直线三种工况的仿真实验验证了本文方法的有效性及准确性，可实现水面无人艇在复杂海洋环境下的轨迹跟踪控制。     

水面无人艇近程反应式危险规避方法研究

提出一种水面无人艇近程反应式危险规避算法.通过分析水面无人艇的运动特性,计算出水面无人艇当前动态窗口,采用弧线法对周围环境中障碍物进行处理,并将规避行为选择的多目标优化问题转化为一个单目标优化问题,通过快速搜索水面无人艇的动态窗口获得一组最优解.实验证明此方法具有快速性、稳定性和可靠性,能够胜任水面无人艇在复杂海洋环境...     

无人艇在电子战中的应用

 阐述了无人艇的发展现状；从平台性能、船体结构、接口设计、软件设计4个方面分析了目前无人艇设计特点，总结了艇载电子战设备的功能和类型；提出了一套无人艇电子战任务执行流程，并设计了6种无人艇电子战任务典型应用场景；展望了未来无人艇在电子战领域中的技术发展方向。     

旋成体飞艇艇体的MATLAB辅助设计工具箱

在飞艇的研制过程中需要经常改变飞艇的构型参数,采用计算机辅助的参数化设计方法能快速方便地满足研制需要。用MATLAB根据飞艇艇体参数来生成艇体外形图形和数据,所用飞艇艇体参数为艇体长度,艇体长度-最大直径比,最大直径在艇体上的位置,艇体前段和后段的样条曲线。可根据给定的艇体长度,艇体长径比,最大直径在艇体上的位置按给定的艇体前段和后段的样条曲线准确快速生成艇体外形图形和数据,做成MATLAB工具箱形式,用于工程研究,获得了良好的效果。     

艇桨及外挂吊舱之间水动力性能干扰分析

基于CFD技术,采用RNGk-ε湍流模型及混合网格技术,数值模拟了某潜器孤立艇体、孤立螺旋桨、艇体吊舱模型、艇桨模型以及艇桨吊舱模型的水动力性能.分析了艇体、螺旋桨以及吊舱之间的相互干扰.计算结果显示:吊舱对艇体阻力和螺旋桨推力干扰较小;直航时,由于吊舱的存在,艇体吊舱模型产生了纵倾力矩以及升力,艇体阻力略有减小;艇桨干扰对艇体表面压力分布影响较大,以1.5m/s匀速航行时,由于螺旋桨的存在,艇桨模型中艇体总阻力增加18.03%,艇桨吊舱模型中潜器(艇体和吊舱)总阻力增加17.63%.     

基于轨迹线性化的无人水面艇航向控制与验证

为解决无人水面艇在真实海洋环境中的航向跟踪与保持的精确控制问题,以"蓝信"号无人水面艇为研究对象,辨识模型参数,然后建立操纵运动模型,设计并验证了一种快慢回路时标分离的基于轨迹线性化的无人水面艇航向控制方法.考虑到未建模动态以及海洋环境干扰对无人水面艇运动的影响,将非线性干扰观测器与轨迹线性化控制相结合,提出一种基于非...     

无人水面艇岛礁海域完全遍历路径规划

针对无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)对岛礁海域自主测绘时存在的任务计算量大、场景复杂等问题,提出了一种考虑主动方向的动态栅格法与启发式搜索算法.该方法基于动态栅格法进行环境建模,利用优先级启发式算法选择进行遍历的路径点,并在无人水面艇陷入死锁时通过启发式搜索算法产生走出死锁点的最优路径.仿真实验结果表明,该方法能使路径规划的性能得到较大的提升,且规划出的路径更为合理有效,满足无人水面艇对岛礁区域测绘时的路径需求.     

中国水翼艇图谱

利用艇体下的水翼在高速航行时产生的水动升力将艇体托离水面的高速艇。水翼艇种类较多,按水翼多少可分为双水翼艇(前后水翼)和单水翼艇(只有一组前水翼,又称翼滑艇);按翼航时水翼是否穿过水面可分为割划式、全浸武两类;全浸式水翼艇又分为深浸式和浅浸式两种。按前后水翼承受载荷不同可分为机式、鸭式和串列式三类;按水翼能否调节分为自控和浸式种。按前后水翼承受载荷不同可分为机式、鸭式和串列式三类;按水翼能否调节分为     

基于速度障碍法和动态窗口法的无人水面艇动态避障

速度障碍法是一种普遍应用在无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)上的动态避障方法,但传统的速度障碍法未考虑无人水面艇运动学性能与障碍物运动信息误差的影响,也未明确何时开始避障与结束避障.在速度障碍法的基础上,用椭圆表示无人水面艇与障碍物,给出一种求解椭圆切线的方法;将动态窗口法与速度障碍物法相结合,考虑无人水面艇的运动学性能,只使用无人水面艇在给定时间内能到达的速度和方向进行避障计算;通过比较碰撞时间与无人水面艇避开障碍物所需的时间来确定何时开始避障,并提出一种结束避障的判断方法;为了减小障碍物运动信息误差的影响,提出了一种虚拟障碍物方法.最后,通过仿真实验验证了该避障方法的可行性与有效性.     

基于VB的圆舭型高速艇阻力计算程序开发

圆舭型高速艇航速高,阻力复杂,故其阻力分析与航速预估已成为圆舭型高速艇设计过程中的重要一步;在此利用Visual Basic 6.0开发了一款用于圆舭型高速艇阻力计算的程序,以期达到快捷计算阻力的目的,且对现有船舶性能计算和预报软件做了补充。     

浅谈灯桥和灯塔在铁路站场照明中的应用

本论述主要阐述了灯桥和投光灯塔在铁路站场夜间作业照明中的应用,对灯桥和投光灯塔在布置方式、照明情况、控制方式及工程投资方面的优缺点进行了对比分析,并着重阐述了灯桥与投光灯塔的特点及其在不同规模的站场中的应用方案,并对其在站场中的应用提出了建议.     

基于航向约束的无人艇位姿保持制导策略

针对欠驱动无人艇位姿保持控制中无法同时兼顾位置和首向角约束的问题,提出了基于航向约束的位姿保持制导策略.首先建立了以无人艇期望位姿为原点的固定坐标系,并将坐标系划分为3个区域:可到达区域A、B和不可到达区域C.在可到达区域内无人艇可依靠前向运动和转首运动回到期望位姿,避免因无法直接产生侧向运动导致首向角变化过大的问题.其次在不同的区域执行不同的制导策略,在制导过程中严格约束无人艇期望航向.最后由制导策略生成的期望速度和期望航向,经由控制器生成执行量,无人艇快速回到期望位姿.基于航向约束的位姿保持制导策略将航向约束由内环控制纳入外环制导,无人艇在不同区域执行不同的制导策略,生成的位姿期望与内环控制相结合,实现了无人艇的位姿保持.外环制导和内环控制约束相结合以兼顾无人艇欠驱动特性,同时简化了控制器设计.仿真实验证明了该制导策略的可行性和有效性.     

无人艇航迹跟踪控制系统设计与验证

针对复杂湖面环境干扰下的无人艇自主航行控制问题,设计了一种有效的无人艇航迹跟踪控制系统。该系统从航迹跟踪控制算法、数据融合处理、上位机监控三个部分展开设计。在算法设计层面,将航迹跟踪控制问题分为外环和内环两部分,外环部分提出了一种自适应视线(Line of sight,LOS）制导算法,以求解目标航向角作为航向控制器的输入;内环部分设计了无模型自适应PID航向控制器,以实现无人艇稳定的航行。在数据处理层面,采用卡尔曼滤波算法对传感器信息进行融合,实现了对无人艇位置和姿态信息的准确估计。在监控层面,设计了一种可视化上位机软件,实时监测无人艇航行状态,保证航行安全。最后,利用实艇进行湖测实验,验证了该控制系统的有效性,结果表明该系统具备在内湖执行任务的能力以及应对复杂环境干扰的能力。     

新概念无人穿梭艇静水操纵性能

引入一种具有单体半滑行穿浪船型的新概念无人艇——穿梭艇,对其优良的操纵性能进行研究和分析.根据国际海事组织船舶操纵性试验标准,搭建穿梭艇自航模系统,进行标准的自航操纵性试验,获取相关的静水操纵性数据.采用船舶操纵性理论,结合试验数据对穿梭艇的操纵性能进行研究和分析.试验和分析结果表明穿梭艇具有良好的操纵性能和灵活性、独特的操纵性特点和优势.此外,采用数值计算方法,对其独特的操纵性特点进行了理论分析.     

查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法

针对雷诺平均Navier Stokes（RANS）方程结合流体积法（VOF）计算滑行艇阻力耗时较长、现有滑行艇阻力估算公式精度较低且适用范围有限,提出了一种查洁法结合RANS方程的滑行艇阻力计算方法.通过求解艇体平衡方程,迭代求出艇体航态,动态计及升沉和纵倾角对艇体流场和阻力计算的影响.对于艇体航态变化显著时的阻力计算（体积傅氏数F>1.5）,先采用查洁法估算初始纵倾角,再求解RANS方程可大幅提高计算效率.采用该方法计算了现代滑行艇模型4667 1和SM5的阻力、升沉和纵倾角,并与试验结果对比.结果表明：0.26≤F≤6.03,阻力计算值与试验值误差小于7%,升沉和纵倾角计算值与试验值吻合良好,从而验证了所提出的计算方法有效性.