基于前视声呐信息的AUV避碰规划研究

在复杂海洋环境中,利用前视声呐获取的障碍物信息指导自治水下机器人（AUV）进行局部避碰。主要采用强化学习的方法对AUV进行控制和决策,综合Q学习算法、BP神经网络和人工势场法对AUV进行避碰规划。强化学习的方法强调AUV在环境的影响中学习,通过环境对不同行为的评价性反馈信号来改变行为选择策略。并且在环境发生变化时,AUV通过学习来实现对新环境的适应,不断改进其自治能力,进而实现在不确定环境下的避障任务。开发了AUV运动规划的虚拟仿真软件系统,仿真实验证明了算法的合理性与可行性。     

水下机器人自主控制系统的设计与实现

水下机器人(简称AUV)的自主控制系统起着相当于人类"大脑"的作用,它是AUV的核心技术。本文在QNX操作系统下利用多线程技术设计并实现了AUV自主控制系统。介绍了AUV混杂系统结构和自主控制原理,给出了自主控制系统的多线程结构。设计了多线程同步模块,并与QNX消息传递机制相结合实现了AUV自主控制系统线程间的同步与通信。最后在半实物仿真平台上结合具体案例对自主控制系统进行了验证。仿真结果表明AUV自主控制系统能够正确协调各个线程自主完成使命。     

变化海流环境下AUV能量最优三维路径规划

为获取变化海流环境下自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)的能量最优路径, 基于最优控制理论提出一种用于AUV的三维能量最优路径规划算法。首先, 为了有效抑制海流对路径规划的影响, 将海流向量加入到AUV运动学模型中。其次, 在已知俯仰角及AUV位置的情况下, 利用庞特里亚金极小值原理, 获得能量最优控制律。最后, 利用线性定常系统的状态空间理论, 计算得到初始艏向角、航速以及能量消耗。在仿真环节, 通过与负反馈控制策略相比较, 说明所提算法能够规划出三维能量最优路径, 而且可以有效降低AUV的能量消耗。     

基于模型参考的多自主水下航行器自适应覆盖控制

针对海洋监测过程中由水下粘滞物等因素引起系统模型参数变化的情况,提出了一种基于模型参考的多自主水下航行器(autonomous underwater vehicles,AUV)自适应覆盖控制方法,旨在合理分配多AUV资源,提高目标海域的监测效率。首先根据给出的系统代价函数,应用质心Voronoi分配原则对目标海域进行最优分配,确定多AUV最优监测目标。在此基础上,利用基于模型参考的自适应控制方法,设计在AUV模型参数未知的情况下,多AUV的最优覆盖控制方法,使得覆盖网络能够从任意初始位置收敛到最优覆盖配置。最后通过仿真实验验证了上述算法的可行性与有效性。     

自主式水下潜器虚拟仿真系统研究

基于软件平台MultiGenCreatorPro和Vega开发出自主式水下潜器(简称AUV)虚拟仿真系统。论述了仿真系统体系结构、信息流、AUV运动模型与空间一致性方法;介绍了数据交换方式、主要的仿真功能、实时视景生成与显示技术;给出了AUV基于路径规划的三维仿真结果。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,采用的运动模型和仿真算法满足了系统仿真的实时性要求,可逼真地演示AUV的自主运动过程。该仿真系统作为演示并验证AUV自主能力与动态控制方法正确性、有效性和实用性的先进手段和科学方法,已得到实际应用。     

基于改进人工势场法的多无人机三维编队路径规划

针对传统人工势场法的障碍物附近目标不可达、存在局部极小点和振荡的问题对势场函数进行分析和改进,以保证目标点为势场的全局最小点。在动态势场中,引入是否陷入局部极小点的判断机制,并结合一种“沿目标方向90°移动”的方法来跳出局部极小点,实现多无人机编队的路径规划、协同避障和防碰撞。利用回归搜索法来对路径进一步优化。MATLAB的仿真结果显示,该方法有效地弥补了传统人工势场法的不足,提高了人工势场法的实用性。     

高空空投AUV全弹道建模与仿真

高空空投AUV(Autonomous Underwater Vehicles——自主水下航行器)技术是一种集高空滑翔与水下自主航行于一体的综合研究,对其全弹道进行的建模与仿真是其概念设计阶段的重要内容,同时也是其设计的理论基础.根据高空空投AUV在运动过程中的主导因素不同,将其全弹道进划分为了六介阶段.在分析高空空投AUV各个阶段的结构、受力与环境等主要特点的基础上对其全弹道中的滑翔阶段,减速阶段和水下阶段三个稳态阶段,分别建立了相应的弹道仿真数学模型,并对各阶段数学模型特点进行了对比与分析.依据所建立的数学模型与SIMULINK模块化建模仿真理念搭建了高空空投AUV全弹道仿真平台系统.使用全弹道仿真平台对高空空投AUV的滑翔、减速和水下三个稳态阶段分别进行了仿真,并通过AUV水下阶段仿真结果与文献结果对比验证了数学模型与仿真平台的正确性.仿真结果表明,所建立的数学模型与仿真系统能快速准确的仿真出AUV各稳态阶段的运动弹道、速度与姿态变等动态特点.     

基于距离测量的双领航AUV间协同导航算法

针对多自主水下航行器(AUV)编队中因领航AUV一时无法借助外部有源位置信息进行实时校准,自身定位误差逐渐增大可能导致的编队解体问题,提出了一种基于距离测量双领航AUV间协同导航算法.在给出领航AUV航位推算误差模型的基础上,首先设计两个领航AUV分别基于忽略对方位置误差的估计自身误差的滤波算法,然后提出其位置误差的分别修正算法,最后通过对位置误差估计的可观测性分析,指出在直线航行条件下两个领航AUV可通过加、减速进行相对机动,保证其可观测性.仿真结果表明:两个领航AUV存在航位推算位置误差的情况下,随着滤波时间增加其定位误差可逐渐趋同,并收敛到其经、纬度定位误差的均值,验证了本文所提协同导航算法的可行性和有效性.     

基于数据驱动的攻击时间和攻击角度控制导引律

为了提高导弹突防能力并有效打击目标, 对同时实现攻击时间和攻击角度控制的导引律进行了研究。基于一种以数据驱动为核心的方法, 将导引过程分为第一阶段攻击时间控制和第二阶段攻击角度控制。根据攻击角度控制导引律生成驱动数据, 采用人工神经网络技术建立了剩余飞行时间映射网络, 据此求得攻击时间控制阶段的攻击时间误差。基于比例导引法, 利用攻击时间误差设计出攻击时间控制导引律, 从而使导弹同时实现攻击时间和攻击角度控制。仿真结果表明, 所提出的导引律在不同条件下均能有效实现攻击时间和攻击角度控制, 与现有文献相比, 最大过载减少约43%, 需用控制总能量减少约46%。     

基于CAN总线的自主水下航行器内部通信与仿真

自主水下航行器(AUV)的电气控制部件(ECU)大量采用嵌入式微处理器,系统的功能和性能得到了显著提高,但部件间的互连复杂,影响了AUV部件的兼容性和系统的扩展性。论述了基于CAN总线的AUV内部互联结构,对基于报文标志符的CAN总线通信原理,以及AUV深度控制半实物仿真系统的结构进行了详细介绍,最后给出了AUV深度控制半实物仿真结果。     

空间直接碰撞末制导的制导与控制

根据空间直接碰撞末制导的总体设计思想和空间交会的具体情况，本文探讨了大侧向过载修偏条件下的制导与控制问题并将末制导段分为两段，即末制导前段和未制导末端。由于末制导前段占有末制导的大部分时间，选用最优导引律以实现能量最省和剩余偏差尽可能小；在末制导的末端，转用预测遭遇点的最大侧向力开关时间控制方法（即预测强力开关律）。该控制律特点是要预知精确的碰撞时刻和导引律与控制律合一，本文叙述了这种控制律和一种简单的推测相对距离的方法。     

攻击机动目标的被动寻的模糊变结构制导律研究

针对目标机动且仅有视线角速度测量的被动寻的制导问题,提出了被动寻的模糊变结构制导律。该制导律将目标机动视为干扰量,首先应用滑模变结构控制理论推导出滑模变结构制导律,然后采用模糊控制技术,根据目标加速度估计值来自动选取制导律开关项的强度,以达到削弱抖振的目的。在工程实现时,采用制导指令低通滤波的方法实现对弹体攻角和侧滑角的估计。将该制导律应用于电视制导航弹的数学仿真,并与滑模变结构制导律、比例导引制导律进行了比较。仿真结果表明,该制导律攻击机动目标的脱靶量较小,对估计误差具有较强的鲁棒性。     

新型水下航行器实时仿真模拟器研究

为了加快某新型远程智能水下航行器的开发速度,针对其组成进行了实时仿真系统的设计。提出了该航行器实时仿真模拟器的方案构思,并进行了实时仿真模拟器软件和硬件的详细设计,给出在该模拟器上的实验结果。结果表明,该模拟器能为航行器创造一个很好的实时仿真环境,通过它设计者在实验室中就可以方便、快速地对航行器控制系统软件及功能进行调试,并可大大节省开发时间和成本。     

基于模糊推理的多模导引头数据融合模型研究

本文应用模糊集理论，提出了一种基于模糊推理的多模导引头准判决级数据融合模型，给出了模型中参数的选取方法。该模型的特点是融合规则灵活，能兼顾系统的检测性能和抗干扰性能，能较好地处理系统各探测器获取信息的冲突性。     

基于因子图的协同定位与误差估计算法

针对多自主水下航行器协同定位系统中从艇的数据融合问题,首先建立了协同定位系统的数学模型,然后分析了速度误差及航向误差对从艇定位误差的影响,同时设计了协同定位及误差估计的因子图模型。接着,提出了基于高斯噪声的协同定位及误差估计算法,利用均值和方差在因子图各节点间传递完成对从艇位置、速度误差和航向误差的估计。为了验证算法的有效性,通过仿真实验和实船试验的离线数据对协同定位及误差估计算法进行验证。结果表明,所提算法可以有效降低从艇的定位误差,在从艇自主定位时尤其明显,大幅提高了从艇的导航定位能力。     

#br# 带视场角限制的攻击时间控制制导律

为了实现多导弹协同攻击同一目标,根据弹目拦截几何关系,设计一种带有攻击时间控制及导引头视场限制的协同制导律。采用多项式函数推导含时间控制的导引指令,以附加反馈项的形式引入导引头视场角函数,实现对攻击时间及导引头视场角的同时约束。当已知导弹过载及导引头视场限制,导弹弹道轨迹可以由初始导弹参数确定,从而可以计算得出协同制导时间的边界值。仿真结果验证了该协同制导律的有效性。     

一种自主水下航行器路径规划算法

提出了一种自主水下航行器穿越雷区的路径规划算法。将路径规划分为全局路径规划和局部路径规划两个部分,建立了水雷分布的Voronoi图,采用遗传算法规划出初步的全局最优路径。自主水下航行器按照全局最优路径航行时,利用前视声纳作为探测仪器。根据所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计出一个模糊推理系统(FIS)求解其避障角度,完成局部路径规划。仿真结果表明了这种算法的有效性。     

基于有限时间收敛干扰观测器的探导控一体化设计

针对滚仰式半捷联寻的制导导弹, 提出一种基于有限时间干扰观测器(finite time disturbance observer, FTDO)的探导控一体化滑模控制器设计方法。首先基于滚仰式半捷联导引头动力学模型和导弹制导控制模型, 建立了全状态耦合探测、制导、控制一体化控制模型。在模型中将不确定项和误差视为干扰, 通过有限时间收敛干扰观测器对干扰进行估计。对探导控一体化模型进行分块反演滑模控制律设计, 并验证了控制器的稳定性。仿真结果表明, 一体化控制方法提高了导弹对目标机动的响应能力和目标跟踪的稳定性, 并实现了比传统级联控制方法更小的脱靶量。