水下无人集群优化部署算法设计与分析

部署优化是水下无人传感器集群重要任务之一,针对水下探测需要,本文设计基于粒子群与人工鱼群法混合部署算法。首先利用先用改进粒子群算法进行初期寻优,然后利用人工鱼群算法进行后期寻优,完成水下无人集群节点部署优化设计。通过对特定场景设计,设定实验约束条件,利用Matlab完成优化部署算法的系统仿真实验,对覆盖率进行对比分析,得出部署优化算法覆盖率提高了25%,覆盖度曲线初期收敛快,后期寻优效果有明显提升。     

无人水下航行器的智能航行控制

水下无人航行器是探索未知水域的重要设备,但是传统水下无人航行器的智能航行控制系统,受到水域信号传播限制,造成智能控制范围较小,为此设计无人水下航行器的智能航行控制系统。使用水域深度变换器对智能控制器进行重新设计,根据水域深度变化进行不同方式的控制切换,优化PID控制器,改变水域信号传输方式,根据需求进行多传输方式的切换;使用粒子群算法对智能控制方式进行规划,对不同水域控制方式进行最优选择,实现航行智能控制系统设计。试验结果表明,设计的控制系统能在水下2 000 m内进行有效控制,比传统控制系统多出800 m的有效范围,因此本文设计系统具备极高的有效性。     

基于粒子群改进算法的水下滑翔机路径优化

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景。基于效率最优原则的水下滑翔机路径规划对降低滑翔机的功耗和快速到达指定位置至关重要。基于水下滑翔机效率模型的路径规划问题是一种非线性混合整数规划问题,针对此类问题在建立水下滑翔机效率模型的基础上提出粒子群改进算法。利用该算法,在效率最优原则下对水下滑翔机到达指定位置的路径进行优化。通过与其他算法比较可知,该算法能够比较快速地找到质量较高的最优解,适合解决非线性混合整数规划问题。     

无人集群系统火力协同控制体系

针对未来无人系统在信息化作战条件发展需求,为解决无人集群体系化协同感知与火力打击等作战问题,研究提出多无人平台的火力协同控制体系结构、协同要素、协同指挥机制及任务模式,分析构建无人分散部署、分布协同、可快速重构的海上分布式火力协同控制体系,可为无人装备发展提供借鉴。     

基于蚁群算法的水下无人平台航路规划

水下无人平台具有重要的军事价值,而航路规划是水下无人平台的关键技术。为了解决当前水下无人平台航路规划方法存在的规划时间长、无法获得最优规划航路规划结果的不足,提高规划航路规划效果,提出了基于蚁群算法的水下无人平台航路规划方法。首先建立水下无人平台航路规划问题的数学模型,给予水下无人平台航路规划的约束条件,然后建立水下无人平台航路规划的环境模型,并引入蚁群算法找到最优水下无人平台航路规划方案,最后对本文水下无人平台航路规划方法的性能进行了验证性测试。结果表明,相对于其它规划方法,蚁群算法不仅可以在短时间内找到最优水下无人平台航路规划方案,而且成功率更高。     

基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制研究

提出了一种基于粒子群优化算法的水下航行器深度控制器参数优化设计方法。针对水下航行器运动参数变化的特性,采用粒子群优化算法收敛速度快、寻优特性好等特点,将其应用到控制器参数的优化设计中。仿真结果表明,利用粒子群优化算法进行优化设计的水下航行器深度控制器具有良好的控制性能。     

水下无人航行器集群仿真试验系统设计与研究

本文提出一种水下无人航行器集群仿真试验系统的设计方法,在构建UUV平台仿真模型、目标模型、海洋环境模型、关键算法模型等的基础上,开展了UUV集群仿真系统架构、想定及任务规划、仿真运行流程、系统接口、系统部署方式等全系统、全流程的UUV集群仿真试验系统设计。通过本系统方案设计研究,能为UUV集群仿真试验平台的开发提供有效支撑。     

UUV编队协同探测行动中的网络易损性问题

文章研究了UUV编队在执行协同探测任务时的网络易损性问题。描述了UUV编队网络模型,引入了基于节点介数的多尺度易损性评估法,提出一种评估UUV编队在执行协同探测任务时的网络易损性的方法,给出了相关的分析步骤,并举例进行说明。     

多约束条件下无人艇和无人机集群协同航迹规划

[目的]为实现海上无人集群在执行任务过程中的安全航行和通信保持,开展无人艇(USV)和无人机(UAV)集群协同航迹规划问题的研究。[方法]采用禁入和禁出地理围栏进行场景建模,将规避威胁和障碍问题转化为地理围栏约束。针对平台之间的碰撞冲突和通信连接问题,提出基于时序检测的碰撞冲突和通信保持约束判断准则。以集群平均航行时间为航迹优化函数,将多约束条件转化为惩罚函数,采用自适应差分进化算法进行优化求解。[结果]仿真结果表明,所提方法能够在威胁和障碍环境中保持无人艇和无人机集群的安全航行和通信连接,并在满足多约束的条件下实现集群平均航行时间最短。[结论]该方法可用于海上无人集群面对威胁和障碍环境时的离线航迹规划,具有一定的应用价值。     

基于集群运动控制的无人艇覆盖部署方法

为了实现水面无人艇集群对海面进行有效观测与监视,设计了一种新的部署算法,描述了控制集群运动的虚拟力模型,该模型仅使用邻居信息计算个体所受合力,在目标区域吸引力和水面无人艇之间的作用力下向目标区域行驶。仿真结果表明,水面无人艇集群最终部署位置在保持网络连通的同时,能够实现完全覆盖目标区域和避免无人艇之间的碰撞。该方法可应用于水面无人艇初始随机部署和初始聚集于母船的场景。