限制区域水面无人艇路径规划与跟踪控制研究

路径规划与跟踪控制是水面无人艇自主航行的关键技术.首先,采用概率地图法(PRM)对水面无人艇的路径规划进行了研究,详细介绍了概率地图法的原理以及算法实现流程,针对传统方法在工程实际中存在的问题,结合无人艇操纵性能约束提出了简单有效的改进方法,进行了算例验证;其次,以PRM规划路径为目标对象,开展了欠驱动无人艇路径跟踪控制技术研究,对操舵响应非线性模型进行线性化处理,考虑舵角饱和约束限制,设计了模型预测控制器,舵角的执行指令可以通过二次规划算法求解;最后,进行了限制区域水面无人艇路径规划和跟踪控制的联合仿真验证.研究结果表明:概率地图法可以成功地应用于限制区域无人艇路径规划,方法可实现性好、效率高;规划所得的路径由一系列直线段组成,有利于路径跟踪控制;通过模型预测控制可以快速平稳地实现欠驱动无人艇对目标路径的跟踪控制.     

一种基于多线激光雷达的无人艇避障系统设计

为了实现无人艇在复杂的海洋环境下能够顺利地躲避障碍物,并按照相应的设计路线进行自主航行的目的,完成了一种基于多线激光雷达的海上无人艇软硬件设计。利用多线激光雷达获得周围环境中的连续数据和无人艇实时的位姿信息,建立无人艇所在位置的坐标系,对无人艇周围环境中的障碍物点云数据进行过滤、聚类和分割处理。在角度与距离上同时对障碍物进行分类,判断每个角度中障碍物的占比是否小于预设阈值,使用改进的A*算法对无人艇路径进行规划,使无人艇按照规定的路线航行。     

水面无人艇环形轨迹跟踪方法研究与实现

为提高无人航行器对轨迹的实航跟踪能力,结合航行器运动特性,提出势点跟踪算法,实现对典型航迹(环形轨迹)的稳定跟踪。以无人水面艇(Unmanned Surface Vehicle, USV)作为验证平台,基于拟合偏差的最小二乘航向辨识,获得系统数学模型,并设计相应的控制律,在搭建好仿真平台后,针对无人水面艇控制特性设计相关控制策略及制导律,完成势点跟踪算法的设计及仿真验证。后经典型海况下多航次试验,经过对实航轨迹及USV与环形轨迹间距离变化规律分析,并结合数据均方根大小,表明了环形轨迹跟踪方法设计的合理性。     

水面无人艇自主导航与控制系统的设计与实现

水面无人艇具有体积小、速度快、运动灵活等特点,能用于执行军、民用领域的各种水上任务,如水质探测、海上搜救、军事侦察与反潜等。导航与控制系统是水面无人艇实现智能化航行的基础和关键技术。论文设计了一种小型无人艇自主导航与控制系统。该系统具备远程遥控和自主航行两种控制模式,能够实现目标点巡航和自主避碰规划。全局路径规划采用基于栅格地图的权值FMM方法,局部避碰采用基于VO模型的方法,航迹跟踪和运动控制部分采用了LOS视线法和PID控制算法。开发了无人艇导航与控制系统试验平台,在开阔水域下进行了航迹跟踪、自主避碰等试验,验证了系统的可靠性和有效性。     

基于FPGA的船舶航行视频采集系统设计与实现

为解决常规船舶航行视频采集系统在复杂海况环境下,存在视频采集分辨能力较低的不足,提出了基于FPGA的船舶航行视频采集系统设计与实现。依托船舶航行视频采集系统执行机构设计、控制电路设计,实现了系统硬件设计;基于船舶航行视频采集系统网关结构设计、控制过程设计,完成了系统软件设计,实现了FPGA的船舶航行视频采集系统设计。试验数据表明,提出的船舶航行视频采集系统较常规船舶航行视频采集系统,视频采集分辨能力提高47.82%,适合在复杂海况下进行视频采集。     

无人艇自主避障算法设计与仿真

文章针对无人艇全局路径规划航线上可能存在未知静态障碍物,影响其安全航行的问题,提出加装超声波传感器和罗盘,分别用于测量无人艇航行过程中与障碍物的距离信息和偏航角,作为无人艇运动控制器的输入。同时设计了包含岸基和船载的无人艇运动控制系统,采用模糊控制算法实现自主避障功能,依靠专家经验制定无人艇运动控制规则,依据航速和传感器探测距离设计隶属度函数,Matlab仿真路径有效避开了障碍物,得到了安全的航行路径,验证了算法有效性。     

水面无人艇系统的设计实现与未来展望

水面无人艇是一种具有自主航行与路径规划能力,可搭载不同任务载荷,并且能够完成设定任务的水面舰艇。具有航速高、智能化、机动性强、无人员操控等优点,被广泛应用于海洋空间资源探测、海底测绘、应急救援、情报收集、反潜反水雷等任务。由于无人艇上的各类应用必须依附于无人艇系统完成,因此要求无人艇必须具有完备而先进的系统。本文将从系统设计的角度,对水面无人艇系统的设计实现与未来展望进行论述。     

多准则粒子滤波下的无人艇航行轨迹虚拟重构

通过对无人艇航行轨迹虚拟重构,提高对无人艇的目标跟踪调度能力,提出基于多准则粒子滤波下的无人艇航行轨迹虚拟重构方法。采用融合双模态特征检测方法实现对无人艇航行轨迹的图像检测,结合视觉分割和分块特征匹配实现对无人艇航行轨迹重构过程中的显著性检测,采用多准则粒子滤波方法进行寻优迭代,根据深度学习和粒子滤波增强结果,实现无人艇航行轨迹虚拟重构和模态跟踪识别。测试表明,采用该方法进行无人艇航行轨迹虚拟重构的视觉增强能力较好,期望值和实际值拟合性能较好。     

计算机辅助无人艇自动操纵性研究

为了有效提高无人艇操控性能,确保无人艇自身安全,设计计算机辅助技术的无人艇自动操纵性控制技术。首先分析高速无人艇操控机理模型,建立无人艇多自由度数学模型,然后根据当前数据结构最小化的数据准则原理,引入线性函数,动态坐标划分为差平面,提出对应控制策略,最后采用计算机辅助技术建立的偏差自适应体系实现无人艇操控调整。仿真实验数据证明,本文技术的无人艇航线跟踪和自主航行控制性能明显提高。     

复杂水域环境中无人艇航行规划方法研究

针对复杂水域环境中无人艇自主航行应用需求,重点解决复杂水域环境建模与路径规划问题。依托电子海图上已知的环境信息,进行无人艇初始路径规划。在常规导航设备应用基础上设计出激光雷达感知系统,获取水域未知环境信息,构建更加完备的水域环境。使用快速扩展随机树(RRT)算法进行路径规划,实现快速高效的可航路径的求解。将滚动窗口规划策略应用到航行规划过程中,适应无人艇在动态不确定复杂水域环境中的自主航行。