AUV导航-规划-控制技术研究

AUV导航、规划和控制技术是实现其自主航行和作业的核心内容和关键环节。本文从硬件组成、算法对比角度归纳分析AUV导航技术的发展,从传统算法、智能算法角度归纳分析AUV避障规划技术的发展,从控制算法、控制分配策略角度归纳分析AUV控制技术的发展。最后,对AUV自主航行技术的未来发展趋势和挑战进行了展望。     

基于卷积神经网络的AUV水下识别系统

为实现自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)水下自主识别,搭建AUV硬件系统。通过OpenCV和Tensorflow,在LeNet-5卷积神经网络的基础上,利用13层卷积神经网络进行100次迭代训练试验。结果表明,该基于卷积神经网络的AUV水下识别系统的水下目标识别准确率能达到99.18%,能实现AUV对水下目标的自主识别。     

大尺度欠驱动高速AUV导航系统研制

[目的]针对某新型大尺度欠驱动高速自主式水下机器人(AUV)导航系统的研制,[方法]详细介绍AUV导航系统的硬件组成及软件构架,构建基于VxWorks实时嵌入式操作系统的AUV组合导航系统。考虑到高速AUV导航系统的非线性特征及容错性要求,将无迹卡尔曼滤波(UKF)技术用于联邦滤波器,设计基于UKF的联邦卡尔曼滤波器,并对导航系统的二维平面模型进行数值仿真。[结果]结果表明,联邦无迹卡尔曼滤波器相比传统的卡尔曼滤波方法能够获得更高的精度和更好的鲁棒性;半实物仿真联调试验、水池试验、湖上试验及艇载试验充分验证了导航系统的实时性和可靠性,[结论]证明该系统能够满足AUV航行任务的需要。     

基于激光测距仪的地形测量系统设计与应用

针对高桩码头桩基冲刷水工物理模型试验对地形冲淤情况的测量需求,基于二维激光测距仪设计了地形测量系统。该地形测量系统包含硬件及软件两部分,其中硬件部分由激光测距仪、二维移动平台组成,软件部分为数据采集软件及分层设色地形图软件。对该地形测量系统进行标准化测试,通过测试发现,激光测距仪与二维移动平台配合良好,数据采集与处理高效可靠,操作性强;地形测量系统的整体性能稳定,测量速度快,测点密度高,误差小,测量精度可控制在1mm以内,能够满足试验测量要求。     

面向AUV水下移动对接的实时路径规划方法

自主水下机器人(AUV)与移动对接平台之间的实时路径规划,是AUV与移动对接平台进行自主对接的使能技术之一。针对复杂动态环境下AUV与水下移动平台对接的实时性和终端姿态需求,研究了一种基于混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)的AUV与水下移动平台对接的实时路径规划方法。利用对障碍物约束、AUV本体约束进行相应的分析和线性化,根据多个对接阶段的需求设计了距离收敛、时间最优和姿态最优等不同的目标优化函数,建立了移动对接目标函数,形成相应的多约束线性规划模型,实现对AUV加速度优化,得到满足所有约束且目标函数最优的实时优化路径。最后,在充分考虑AUV实际的动力学模型下的仿真实验分析,验证了此方法的有效性。     

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。     

开发自主潜器控制软件工具

介绍由美国电子设备公司等开发的软件包的操作功能，目的是帮助设计人员对未来的自主潜器在勘察任务中的性能进行评估，其中包括对其高精度定位和速度及高度稳定性的评估。描述系统主要循环功能、AUV构造、环境、导航传感器和有关筛选器、执行使命航迹、制导及控制规则。对上述各条进行定义后，运用数字模拟来评估执行任务的效率，并以某些成功的AUV操纵设计为例说明软件包的功能。     

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。     

基于主从同步的欠驱动AUV与移动平台水下对接控制

许多应用场合要求水下自主航行器(AUV)与水下移动平台对接来实现能源补充和信息交换功能。针对欠驱动AUV与移动平台的水下对接问题,采用主从式同步跟踪策略,提出AUV接收目标的状态信息并控制自身位置与目标保持一致的控制方法,从而将AUV水下对接的问题转化为AUV与移动目标保持同步运动的问题。在给出移动目标和AUV的水平面线性化动力学模型基础上,设计了在常值海流影响下,欠驱动AUV同步跟踪由卡尔曼算法估计的目标运动轨迹的滑模控制器。使用Lyapunov稳定性理论证明了离散滑模控制器的稳定性,并使用仿真实验验证该控制方案的有效性。     

AUV全局路径规划环境建模算法研究进展

AUV的路径规划算法是AUV最为核心的技术之一。本文在分析AUV自主巡航技术背景的基础上,综述针对海底环境的全局路径规划环境建模方法的研究现状,并比较栅格法、拓扑法和可视图法的优缺点;讨论了国内外学者在探索海流对AUV全局路径规划环境建模影响方面的研究进展。基于对AUV海流影响研究现状,展望了该领域的发展方向,并给出了2种考虑洋流影响的AUV全局路径规划环境建模算法。     

船舶柴油机冷却水温度微机控制系统的设计

将单片机应用于船舶主柴油机冷却水温度自动控制系统中。首先对温度测控系统进行了功能分析,并根据系统所要实现的功能进行了硬件元器件的选择和软件算法的确定,最终得出主机冷却水温度控制系统的整套硬件设计方案。     

基于WinCE的嵌入式主机遥控模拟装置设计

提出了一种用于全任务轮机模拟器的半实物主机遥控模拟装置的实现方案,设计并制作了AutoChief C20系统硬件;在Windows Embedded CE 6.0开发环境下,应用Visual Studio.Net 2005开发了人机界面及控制功能。实际应用表明,所开发的系统网络结构简单,具有较高的仿真一致性、实时性、可靠性,满足实时仿真及模拟训练要求。     

提高舰炮武器系统射击精度的方法分析

舰炮武器系统的使命任务就是精确打击来袭目标,因此,系统的命中精度就成了舰炮武器系统的重要指标,尤其舰艇在运动中,精度更是重中之重。但提高系统精度的方法很多,其中不乏有硬件、软件的修正方法。文章阐述了硬件安装调整水平精度,并对航行风对舰船产生的影响进行修正,从而有效的达到提高系统射击精度的目的。     

基于ARM和μC/OS-Ⅱ的短波综合通信仿真平台控制系统设计

短波综合通信系统是舰载通信系统的重要组成部分。系统中的控制部分的设计是其核心技术之一。文章以ARM处理器S3C44B0X和μC/OS-Ⅱ操作系统平台为基础,开发了一种高性能的通用型短波综合通信仿真平台控制系统。实验结果表明,文中研究设计的控制系统软硬件工作状况良好,实现了对短波综合通信系统仿真平台各个模块的高性能控制。     

舰船损管监控系统研究

舰船损管监控系统是损管系统的组成部分,是保障舰船生命力的重要系统。针对舰船损管监控系统设计中的关键问题,结合成熟的工业控制组态软件FactorySuite进行了研究。通过构建原型系统,分析了系统的组成模块、体系结构与软硬件架构等问题,经过仿真测试,证实原型系统满足实时性的要求。     

无人机任务规划方法研究

进行无人机任务规划是为了更好地实现无人机作战效能，总体来说，无人机任务规划主要是找出一条最优飞行航线，最大限度地发挥无人机的作用。通过分析任务规划的基本流程，提出基于地形分析的航线规划算法，并且结合任务特点，进行航线规划方法研究，着重考虑了地图的选用，地图信息的标绘和航线调整的时机与方法，丰富了任务规划的内容，提高了任务规划的实践指导性。     

辐射式雷达回波模拟器的设计与实现

论述了一种雷达回波模拟器的设计及实现,该系统采用软硬件相结合的方法,通过仿真模型实时解算雷达回波信号,通过硬件电路控制射频信号的实时输出.     

嵌入式油船排油监控系统的设计

以基于ARM Cortex^(TM)-M3内核的STM32F107VCT6微处理器为硬件平台,将μC/OS-II嵌入式实时操作系统移植到微处理器之上,搭建了系统软件开发平台,开发出排油监控系统控制器,集数据采集、GPS定位、分析计算、指令执行、数据存储、记录打印等功能于一体。给出了控制单元具体的软硬件实现方法,在.Net开发环境下利用Visual C#编程语言完成计算机监控软件的构建,实现了与控制单元的通信。在油船货油装卸模拟系统的运行结果表明,该排油监控系统可满足国际海事组织(IMO)关于油船排油监控系统的有关要求。     

基于web的消磁电源训练模拟系统的远程控制

针对消磁电源训练模拟系统,从总体结构、硬件设计、软件设计三个方面设计了基于web的远程控制方案。该设计有效地将实验室与各消磁站有机地联系在一起,构成系统网络,便于广大学员自由在线进行消磁电源模拟训练以及专家提供在线支持。     

荆江护岸工程施工水下抛石形态实时监控系统*

长江中游荆江河段是航道整治工程难度大、水沙条件变化复杂的河段。目前,该河段典型的航道整治措施为软体排加抛石与钢丝网护坡相结合的稳滩固岸结构,而施工中水下抛石形态的监控难度较大,缺少简便、直观、实用的软件与地形测量仪器相结合。本研究基于多波束河床地形扫描技术和三维虚拟仿真技术,开发一种水下抛石着床形态实时监控系统,对抛石前后的水下地形进行对比分析,及时反馈抛石施工区域漏抛少抛超过安全允许范围的情况并预警。研究成果将对水下抛石施工的质量控制具有重要的意义。