基于USV拖曳声纳的声信标定位方法研究

为实现声信标定位系统的精确化、智能化发展,文中提出了一种基于无人水面艇(unmanned ship vehicle, USV)拖曳探测声呐的声信标定位方法.利用USV配备的多核DSP芯片,对声纳采集平台接收的数据进行处理并实现声信标的定位.介绍了声信标定位系统的整体框架以及USV系统的工作模块,并且运用自回归(autoregressive model, AR)模型预白化算法和匹配滤波对接收信号进行降噪处理,然后利用离格点稀疏贝叶斯推断(off grid sparse bayesian inference, OGSBI)算法实现了声信标的波达方向(direction of arrival, DOA)估计.最后通过仿真实验进行验证,结果表明,定位方法能够实现对声信标的DOA精确估计,进一步实现了无人声信标定位系统.     

基于LPV模型的水面机器人鲁棒航向控制

针对水面机器人水动力学的强非线性,且容易受到风、浪与水流干扰的影响,提出了一种基于LPV(Linear Parameter Varying)模型的H_∞鲁棒航向保持控制器。LPV模型采用Froude数作为线性变参,用来反映水面机器人水动力学随Froude数变化的非线性特性,同时简化模型参数辨识与控制器设计。将Froude数作为调度变量,采用介实引理设计了H_∞鲁棒航向保持控制器,用来抑制扰动对控制器的影响。在三自由度欠驱动水面机器人仿真平台上进行了验证,证明了控制器的有效性与鲁棒性。     

营救座头鲸

“超渔”号渔船的几个潜水员从橡皮艇上跳入大海。他们紧急地向一头漂浮在水面上苦苦挣扎的鲸游去。海面上腾起的水峰有53°,周围泛起啤酒般的泡沫。那个巨大的海洋动物不停地抽搐着。那是一头座头鲸,大胸鳍的长度超过2.7m,翘在水面上足有1m高。他们用一种高强度尼龙粗绳将鲸的鳍部、嘴部、头颈部和尾部缠绕住。由于身体沉重,绳索勒破了鲸的皮肤……40岁的职业潜水员詹姆斯·莫思基托在水下作业已有20多年的历史,他在一家海底冒险游览公司做导游,每年从9月中旬到11月中旬带领冒险游览者潜入圣弗兰西斯科湾费拉隆群岛一带海域寻觅大白鲨。去…     

基于量子粒子群算法的无人水面艇路径规划

为了获得无人水面艇航行的最优路径，提高航行的安全性和航行路径的平滑度，提出一种基于量子粒子群优化的无人水面艇路径规划算法。首先，通过引入动态控制参数来提高该算法的寻优能力和搜索精度，并由测试函数验证其可行性；然后，在航行安全的前提下，以路径长度和路径平滑度为规划目标，在不同环境下对无人水面艇进行路径规划仿真实验。仿真结果表明，该算法在路径长度、路径平滑度及路径安全性方面表现较好，能找到全局最优路径。     

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。