AUV水下对接装置的实现及试验

为实现自主式水下机器人(AUV)在水下进行能源补充,设计一种针对重型AUV的水下对接装置,采用直接接触充电方式,通过液压系统驱动首部推行机构、限位夹紧机构和水下插拔机构完成对接动作,模块程度高、充电效率高、数据传输能力强。其中AUV自身携带三角槽,通过定位销对三角槽的切向力以及轴向限位实现AUV六自由度姿态的校正,简单有效,而且降低了AUV入坞时的姿态要求。水池试验结果表明,该对接装置可稳定有效地调整AUV姿态,实现水下有线大功率充电,对接成功率高,工程应用价值高。     

SUBOFF潜艇回收AUV流场的数值计算

由于水下远距离传递信息困难,以及受自身携带能源的限制,水下无人航行器(AUV)需要通过母船回收进行能源补充与信息传递.为研究AUV水下回收时的复杂流场,本文基于STAR-CCM+软件,采用重叠网格技术对于潜艇回收AUV时的流场进行研究,分析了AUV在回收过程中受到的压力、流场中的漩涡和速度分布等水动力性能,为水下回收AUV提供了有益的参考.     

AUV水下对接控制方法

针对AUV水下对接系统的需求,研究了AUV对接航行中的控制方法。将导引和控制过程分为追踪回归和直线对接2个阶段。通过仿真计算研究,验证了控制策略和算法的可行性。     

基于小型圆阵的AUV方向定位算法的研究

水下小型无人系统AUV在海洋探测中起着重要，实现其精准定位与打捞有利于促进海洋经济的发展。传统的具有较高定位精度的装置如长基线等不方便装载与布置，定位效率不高。本文提出一种基于小型圆阵的AUV方向定位算法，被定位的AUV搭载声源，装载在船上的定位系统，采用半径为0.125m的水听器圆阵列，阵元个数为4，水听器阵列接收的信号通过多通道前端处理电路被采集，对每个阵元接收到的信号利用希尔伯特变换相位检测方法检测出各信号的相位恢复无幅度和相位失真的信号，然后使用具有超指向性的反卷积波束形成算法实现AUV方向的准确估计。水池实验表明，小型圆阵系统的相位反卷积波束形成定位算法精度高，定位平均误差为0.233°，主瓣宽度窄，波束平均宽度3.97°。便于装载，相比MUSIC算法具有更好的定位效果。     

自主式水下航行器水下回收融合引导技术方案及算法

[目的]为解决母艇携载的自主式水下航行器(AUV)在水下自主回收和对接的问题,基于惯导(INS)、声学超短基线定位(USBL)、光学等信号引导的多源数据融合,提出一种面向移动平台的AUV水下回收对接引导方法.[方法]为此,设计融合多传感器信息的扩展联邦卡尔曼滤波器,采用分散滤波并再经信息融合方法以提高滤波精度.分别以I...     

基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法

水下连接器的对接作业是水下工程作业的重要环节,针对目前依靠摄像机传回视频进行作业过程中存在的操作难度大、依赖操作员经验的问题,设计基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法。该方法首先根据水下连接器的颜色特征确定检测范围,之后在检测范围中以水下连接器为模板进行初步定位,然后根据水下连接器端面的成像特点检测椭圆特征,并进行双目匹配获得相关三维点坐标,最后计算得出水下连接器的位姿。实验表明,该方法位置测量平均误差1.3%,姿态测量平均误差3.5°,可以较好地为水下连接器对接作业提供参考。     

基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法

水下连接器的对接作业是水下工程作业的重要环节,针对目前依靠摄像机传回视频进行作业过程中存在的操作难度大、依赖操作员经验的问题,设计基于双目视觉的水下连接器位姿测量方法。该方法首先根据水下连接器的颜色特征确定检测范围,之后在检测范围中以水下连接器为模板进行初步定位,然后根据水下连接器端面的成像特点检测椭圆特征,并进行双目匹配获得相关三维点坐标,最后计算得出水下连接器的位姿。实验表明,该方法位置测量平均误差1.3%,姿态测量平均误差3.5°,可以较好地为水下连接器对接作业提供参考。     

重于水型AUV模糊路径规划与优化

为了实现重于水型自治潜器(Heavier-Than-Water Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在未知水下环境中的局部路径规划。首先根据AUV的运动方程和机翼升力特性,在Matlab中建立动力学模型。设计模糊控制器,以声呐对障碍物探测得到的距离和方位信息作为输入量,实现了AUV在水下障碍物环境中的路径规划。最后,为提高AUV的能量利用效率,用遗传算法对模糊控制器的隶属度函数进行优化,并通过仿真试验证明了优化后AUV在避障期间能源消耗更少,说明该路径规划方法具有实际应用价值。     

一种隧洞探测型AUV及其图像拼接方法研究

裂缝是输水隧洞最普遍的缺陷和潜在威胁,AUV巡检与拍摄输水隧洞中的裂缝,通过拍摄的水下图像进行处理,以确定裂缝位置。但由于水下环境极大限制了光视觉图像可视范围与分辨率,单幅水下图像所获得的视角范围有限,所以本文提出了基于SURF算法的AUV水下图像拼接方法研究。该方法首先在图像预处理阶段对水下图像进行去畸变与限制对比度自适应直方图均衡化处理,用于解决水下图像存在的畸变、对比度低、噪声严重等问题。接着将SURF特征点检测算法应用于水下图像配准当中,并与RANSAC算法相结合对特征点进行精确匹配,然后应用线性渐变融合算法实现水下图像融合,有效去除拼接缝隙,完成水下图像拼接,最终通过水池与外场实验拼接图像来验证该方法的正确性。     

基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法研究

针对无人水下航行器作业环境的特殊性以及任务需求,为提高光视觉的定位精度,提出了一种基于测距声纳与光视觉的水下目标定位方法。该方法根据摄像机成像的特点,利用测距声纳与摄像机的几何关系设计水下目标定位算法。本文针对规则的水下目标进行定位算法设计,然后通过对水池试验采集的图像中的目标进行定位验证以及误差分析,证明了该定位系统具有较高的定位精度,满足水下作业的需求。     

AUV自主收放装置结构及控制系统设计

AUV技术对于提高海洋资源环境的勘测和开采效率具有重要意义。在AUV收放过程中,传统的回收方式是在母船上起吊回收,人为参与完成挂钩任务,这种方式受风浪的影响较大。为了提高AUV的使用保障能力,需要针对AUV的自主收放技术展开研究。基于AUV良好的实时性、连续性及可移动性的特点,本文设计一套AUV自主收放装置,可用于AUV的自动布放及回收。该装置由固定架、控制台、吊机装置、绞车、定滑轮、钢丝绳、收放架等组成。设计各部分的机械结构,并通过系统校核验证结构设计的合理性。同时,设计AUV收放存储装置控制系统,实现对机械液压执行器的精密控制、传感器的数据采集、系统状态参数显示、试验参数调整、工作状态监控和安全报警等功能,能够对控制系统的控制流程进行辅助判断和安全保障。解决了传统AUV收放技术的难题,提高了AUV收放的智能化水平。     

一种新型图像匹配方法在视觉导引 AUV 对接中的应用

针对视觉导引AUV对接过程图像的变化特点,提出一种量子粒子群算法与灰度关联分析方法相结合的图像匹配算法。此算法结合量子粒子群并行搜索的快速性与灰色关联分析方法较强的鲁棒性,对旋转、平移、亮度变化等不敏感,符合视觉导引AUV对接过程中对图像匹配算法的要求。详细介绍了基于量子粒子群优化算法的图像匹配算法,算法以图像灰度直方图的灰色绝对关联度作为适应度函数。利用水池实验所得图像进行测试,实验结果显示,所提出的图像匹配算法准确、快速、鲁棒性强,能够很好地应用于视觉导引AUV对接。     

小型AUV动力定位建模与控制仿真

伴随着水下潜航器的进一步深入研究,AUV产品正朝着小型化、民用化的方向不断发展。以小型AUV为研究对象的水动力性能分析、路径规划、水下通信等问题成为AUV产品设计的核心所在。本文基于ITTC双参数波浪谱及漂移力计算公式,在Matlab中建立不规则波浪仿真模型,对AUV运动规律进行预测。搭建动力定位控制系统Simulink模型,基于粒子群算法优化PID控制器参数,对AUV进行定位控制研究。成功模拟小型AUV的工作水环境并搭建动力定位仿真台架,实现AUV的定位控制,为AUV水动力性能试验及动力定位系统的软硬件设计创造了条件,为小型AUV产品的设计实现奠定基础。     

自主式水下航行体模块化设计关键技术

针对自主式水下航行体(AUV)柔性化设计问题,通过对国外AUV研制技术的分析,突破了传统的按分系统进行设计的模式,提出了面向AUV族的模块化设计及其关键技术.该技术的提出对促进我国AUV发展以及全面提高我国AUV研制水平具有一定的指导意义.     

自主式水下机器人水下对接技术综述

自主式水下机器人(AUV)作为水面支持平台和海底空间站以及深海长期观测系统之间的重要纽带,其水下对接技术一直以来都是国内外的研究热点。在归纳、分析国内外AUV水下对接技术如水下箱(笼)式对接、机械手或载体辅助式对接、杆类引导对接、平台阻拦索式对接和喇叭口式引导对接技术的基础上,介绍各种AUV对接技术的实现方法和结构原理,以及对接技术的发展现状与趋势。并针对目前应用较为广泛的喇叭口式引导对接方式,详细介绍一种针对重型AUV的水下对接系统。经试验验证,该系统模块化强,对横滚姿态要求低,适用于多种尺寸AUV,对接系统的对接成功率高。所做工作可为今后AUV水下对接技术的发展提供参考。     

AUV协同导航定位算法研究

随着地面及空中移动平台协同导航研究的成熟,人们开始将协同导航扩展到水下平台,这就使得AUV的协同导航成为近年来该领域的研究热点。针对水下特殊的环境,围绕AUV协同定位问题,人们展开了各种研究提出了许多新的方法和理论。本文即对近年来AUV协同导航领域的各项研究成果进行了简要介绍,提出一种基于Kullback-Leibler距离估计的协同导航算法,同时通过数值仿真验证该算法的有效性。本文最后总结AUV协同导航的研究现状并提出可能的研究方向。     

一种AUV载荷分离过程实验研究与分析

自主式水下航行器(AUV)越来越广泛应用于携带、布放载荷。介绍一种AUV两侧对称携带载荷的布置方法,对AUV与载荷分离过程做简单说明。通过对AUV携带2种不同重量的载荷海上航行实验数据分析,验证了采用该布置方案,载荷分离可靠,且对AUV水中航行姿态影响不大;同时,携带载荷水中重量越大,载荷分离对AUV水中航行时的横滚角影响越大。     

自主水下航行器同时定位与制图技术研究

为解决自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的精确导航与探测问题,采用同时定位与制图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法为核心,根据捷联式惯性导航设备(SINS)与AUV声呐组合的数据信息,采用扩展卡尔曼滤波器(EKF),研究一种基于惯性传感器与声呐的AUV定位与地图构建算法,对水下环境的EKF-SLAM算法进行仿真试验验证。仿真结果表明,经2次探测后,AUV定位精度获得较大提高,能够较好地完成AUV的水下导航、定位与探测任务。     

一种水下航行器的SLAM算法应用研究

研究精确稀疏扩展信息滤波(ESEIF)的快速算法,提出一种三维水下航行器(AUV)的同时定位和地图创建(SLAM)算法。作者设计了一种大规模水下三维环境的SLAM解决方案,建立了三维环境的航行器运动、传感器观测及重定位系统模型,分析了方法实时性和定位精度。仿真实验证明:用ESIEF算法能高效地实现水下环境的SLAM,为项目研究提供了理论基础。     

某型AUV运载器的定位方法与误差分析

传统AUV依靠水下惯性导航设备自主定位的方法无法实时进行水下信息感知和系统控制。水声定位是AUV定位导航技术的一个研究领域，可用于水下运动目标定位与导航、水下静止目标勘测等。本文分析阐述三种经典AUV定位方法，进一步研究AUV快速定位解算原理，论证影响AUV运载器在深海工作时产生的定位误差来源并进行仿真试验分析，最终将研究成果应用在目前现有某型AUV运载器上，实现自身水下定位、导航与远程遥控。