无人驾驶技术的水面船舶曲线航迹跟踪方法

传统水面船舶航迹跟踪方法仅能对线性航迹进行跟踪,针对与双体船结构特征相似的无人驾驶船舶航迹,在其无线航迹跟踪应用中表现出航迹跟踪坐标位置与实际坐标位置误差较大的问题,导致跟踪目标经常丢失。为此,结合双体船航迹跟踪特点,提出无人驾驶技术的水面船舶曲线航迹跟踪方法。首先对水面船舶航行条件建立模型,根据条件模型对船舶曲线轨航迹进行数据模型计算。最后,结合条件模型与曲线航迹模型,对跟踪算法进行差值优化计算,从而提升曲线航迹的跟踪精准度。通过仿真数据的模拟测试,采用提出方法的船舶,能够将曲线航迹跟踪精准度控制在98.6%以上,有效解决传统跟踪方法误差大的问题。     

神经网络的舰船航迹跟踪分析

舰船航迹具有比较强的时变性,对其进行研究具有重要意义。针对传统舰船航迹跟踪分析方法难以准确、在线性对舰船航迹进行跟踪,舰船航迹跟踪误差大的缺陷,设计了基于神经网络的舰船航迹跟踪分析方法。首先分析了舰船航迹跟踪的原理,指出各种舰船航迹跟踪分析方法的局限性,然后通过神经网络对舰船航迹进行有效拟合,建立舰船航迹跟踪分析模型,并对神经网络的相关参数进行优化,最后进行舰船航迹跟踪分析仿真模拟测试,神经网络的舰船航迹跟踪误差小于5%,远远低于舰船航迹跟踪实际要求的15%,而且舰船航迹跟踪精度要高于传统舰船航迹跟踪分析方法,舰船航迹跟踪分析时间更短,能够进行舰船航迹在线跟踪分析,具有更高的实际应用价值。     

UUV航迹跟踪的双闭环Terminal滑模控制

针对模型参数不确定及存在外界海流扰动情况下全驱型无人水下航行器(UUV)的航迹跟踪问题,提出了一种双闭环Terminal滑模控制方法。首先,为了防止UUV位置和姿态跟踪控制出现超调量过大的问题,在外环中引入位置和姿态负反馈,设计了UUV的参考速度作为镇定UUV位置和姿态跟踪误差的虚拟控制律。然后,在内环中将虚拟控制律作为跟踪目标。考虑到传统滑模控制会出现"抖振"现象,采用Terminal滑模控制方法,在消除"抖振"的同时,使滑模面上的速度跟踪误差在有限时间内收敛到稳态。最后,运用Lyapunov稳定性理论证明了该双闭环Terminal滑模控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法能够实现UUV对空间航迹的精确跟踪。     

基于改进PID控制的船舶航迹跟踪研究

传统PID控制的船舶航迹跟踪误差大,实时性差,无法满足船舶航迹跟踪的实际应用要求,为此提出了基于改进PID控制的船舶航迹跟踪方法,首先对传统PID控制的船舶航迹跟踪方法的工作原理进行分析,找到引起跟踪误差大的因素,然后引入人工鱼群优化算法对PID控制的参数进行实时调整,改善固定PID控制参数的缺陷,最后实现船舶航迹跟踪仿真模拟实验。相对于传统PID控制的船舶航迹跟踪方法,本文能以更高精度对船舶航迹进行跟踪,可以准确刻画船舶航迹的变化趋势,具有比较显著的优势。     

无人艇直线航迹跟踪算法优化设计

为解决无人艇(USV)直线航迹跟踪工程应用中的航迹转向阶段航向角波动大、航向角曲线不平缓的问题,考虑到航迹切换点圆半径参数R对航向角曲线平缓度的影响,本文以参数R为优化对象,并以横向偏差累积结果为目标函数,提出一种基于二分法查找的参数寻优方法,并且以经典的基于LOS制导律与PID控制律的航迹跟踪算法为设计基础,给出了航...     

考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法

因无人船航迹数据数量级较大,导致现有航迹跟踪算法的跟踪控制误差较大,难以满足现今航运业的需求。故设计了考虑运动模式的无人船航迹实时跟踪控制算法。首先定义无人船运动模式,并根据运动模式相关定义构建无人船航迹描述模型。以此为基础,依据运动模式将无人船轨迹划分为3个集合,提取相应运动模式下的轨迹特征属性,然后计算无人船航迹与期望航迹之间误差,再利用滑模控制器进行误差补偿,实现了无人船航迹的实时跟踪控制。实验结果显示:与现有算法相比较,本文算法横向位置误差降低了1.04 m,航向角误差降低了8.29°,舵角误差降低了8.86°,充分说明本文算法的控制性能更佳。     

一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法

水下航迹是水中运动物体的重要参数之一,通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现,该方法采用声学定位原理,可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息,对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。     

雷达和红外同步航迹融合

目标跟踪在军事领域占据着重要位置,只有可靠且精确的跟踪才能有效的对目标实施打击。讨论了雷达和红外传感器航迹融合算法并达到较高的精度,最终达到提高跟踪系统性能的目的。     

一种基于模糊控制的航迹跟踪系统设计

能否对规划航迹进行精确跟踪是地形回避能否成功的关键,论文引入模糊智能控制构建出一种模糊PID地形回避系统,跟踪已规划的最优航迹。通过模糊控制器对PID控制器的参数不断进行在线调整,与常规PID控制器相比,能够更好地兼顾动态性能和稳定性能。在Matlab平台下对该系统进行数字仿真,结果表明,所设计系统具有良好的航迹跟踪性能。     

舰载指控系统功能的定量评估理论:航迹跟踪和预测功能的相对定量评估方法

所谓航迹跟踪和预测问题，也就是如何根据动目标历史观测位置，为其建立相应的轨迹，并预测其今后某一时刻的真实位置。上前有许多能够处理该问题的方法，因此航迹跟踪和预测功能的定量评估不仅仅是舰载指控系统功能评估的一个重要课题之一，而且是选择具体滤波算法时，需要决的问题     

集中式多雷达系统的运行机制

着重介绍集中式多雷达系统的运行体制，集中式多雷达跟踪系统的运行与单雷达的相比要复杂很多，但是多雷达与单雷达的运行规则是一样的：先探测到的点迹先处理。通常雷达数据处理是按扇区来进行的。最基本的思想是用最先通过扇区的雷达的探测点迹来更新航迹，这种方法在雷达不发生交接的情形下，总能使用最早探测的数据来更新航迹。雷达系统运行机制包括系统运行、杂波图及其处理、交接处理、航迹互联与更新、航迹起始等问题。     

舰载指控系统功能的定量评估理论:航迹跟踪和预测功能的相对定量评估方法

所谓航迹跟踪和预测问题,也就是如何根据动目标历史观测位置,为其建立相应的航迹,并预测其今后某一时刻的真实位置。目前,有许多能够处理该问题的方法。因此航迹跟踪和预测功能的定量评估不仅仅是舰载指控系统功能评估的一个重要课题之一,而且是选择具体滤波算法时,需要解决的问题;但是在该领域里的探讨中,定性分析的结果多,定量讨论的少,使这方面的工作远未达到能满足实际应用需求的地步。至今,仍然没有一种令人满意的理论,能够指导人们对航迹跟踪和预测功能进行定量估,或者指导人们,在精度和计算量之间作出定量的权衡,选择滤波算法(当前仅有的一些定量分析的结论也仅仅只能出现在一些讨论的论文里,难以登载于这方面的专著中)。为此,本文提出了一种相对的评估各种位置预测算法的优劣定量的方法,即以一种位置预测算法作为尺度相对地、定量地度量和评估各种位置预测算法。由于这是一种全新的方法,所以本文在讨论可作为各种位置预测算法的优劣评估尺度的位置预测算法必须满足的基本原则(正确性、完备性、合理性、度量性)的基础上,分析给出了一种可作为评估尺度的位置预测算法。最后作了几个评估的实例。     

基于逆推方法的非线性船舶航迹跟踪控制

基于包括科氏向心矩阵和非线性阻尼项的、带恒值扰动的非线性船舶水面运动数学模型,采用带积分器的逆推(Backstepping)设计工具,设计船舶航迹跟踪控制律;并借助Lyapunov函数、应用相关引理证明了所设计的船舶航迹跟踪控制律使得最终的闭环航迹跟踪控制系统一致全局渐近稳定,达到航迹跟踪控制的目的.仿真研究表明,所设计的控制律使船舶能够克服恒值扰动跟踪期望航迹,且控制量合理,从而验证了所设计控制律的有效性.     

气力推进艇航迹跟踪控制建模及仿真分析

在对气力推进艇的运行阻力进行分析的基础上,给出气力推进艇在惯性坐标系x Oy中的受力状态,并建立航迹跟踪的动力学和运动学控制模型。基于控制模型建立应用PID控制器的Simulink仿真模型;结合研究对象的特征选择相应的仿真参数,在多次调试优化的基础上确定PID控制器的设计参数,并对圆形封闭轨迹、直线轨迹和阶跃轨迹的航迹跟踪效果进行仿真分析。结果表明:对于圆形封闭轨迹跟踪,在初始的1/4周期内跟踪误差较大,此后的持续跟踪效果良好;对于直线开放型轨迹跟踪,跟踪误差较小,可控制在1 m以内;对于阶跃轨迹跟踪,过渡过程响应时间为10 s,稳态误差为1 m。     

基于ESO和动态逆的欠驱动船舶航迹跟踪控制设计

针对欠驱动船舶航迹跟踪控制问题,考虑船舶动态不确定性、未知时变外部扰动和速度不可测的情况,将输出重定义方法、扩张状态观测器(extended state observer, ESO)和动态逆控制方法相结合,设计欠驱动船舶航迹跟踪控制律。输出重定义方法用来解决系统欠驱动问题;构造ESO,估计由船舶动态不确定性、未知时变外部扰动以及船舶各自由度运动状态变量间的耦合构成的总扰动和船舶速度;基于上述,采用动态逆控制方法,设计航迹跟踪控制律,使欠驱动船舶跟踪期望航迹,并保证航迹跟踪闭环控制系统所有信号最终一致有界。以一艘欠驱动船舶为例进行仿真研究,仿真结果验证了所设计的航迹跟踪控制律的有效性和优越性。     

欠驱动船舶全局K指数航迹跟踪的级联反步法

研究一类欠驱动船舶的全局航迹跟踪问题。首先对船舶动态系统和期望动态系统分别进行全局微分同胚变换,得到航迹跟踪的误差动态方程,由此将航迹跟踪问题转化为误差动态系统的镇定问题,然后利用级联系统理论将误差动态方程的镇定问题分解为两个独立子系统的镇定问题。通过分别为子系统设计全局指数稳定控制律实现了欠驱动船舶的全局K指数航迹跟踪。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

PID控制器优化的船舶航迹跟踪控制

针对船舶航迹跟踪控制存在的误差大,准确率低的问题。首先通过仿真验证PID控制器对船舶航迹进行跟踪控制的可行性,证实将PID控制器应用于自航模对航迹跟踪具有良好效果。在基于相关理论对PID控制器结构进行优化,利用实验室自航模实物仿真平台做了实船试验,并证实PID控制器应用于实际自航模的航迹跟踪有很高的工程实用性。     

基于高增益观测器的船舶航迹鲁棒跟踪控制

为实现水面船舶的航迹精确跟踪控制,考虑了海浪干扰对控制系统的影响,提出了基于高增益观测器的鲁棒最优控制方法。首先,针对系统内部不确定性和外界扰动对控制精度带来的影响,建立了含有系统复合扰动的非线性航迹跟踪模型;进而,设计高增益观测器对系统复合扰动进行估计和补偿,并设计一个带有前馈补偿器的最优控制器,获得系统的期望跟踪性能。最后针对某船舶进行了航迹跟踪控制的数值仿真试验,仿真结果表明设计的控制器对外界海浪干扰有较好的抑制作用,可以实现船舶航迹的精确跟踪。     

基于计算机视觉的船舶纯方位目标跟踪方法研究

受外界环境因素的影响,传统方法在船舶纯方位目标跟踪中存在一定的偏差。为了克服这一问题,引入计算机视觉技术,在待跟踪的船舶上安装计算机视觉传感装置,并利用该装置实时采集船舶航行图像。通过对图像的处理与分析,得到船舶目标的初始位置信息。以定位结果为起点,在构建纯方位目标运动模型的基础上,计算目标船舶的航向角,判断船舶的航迹运动方向。实时更新目标船舶的定位信息与航向角信息,从而实现船舶纯方位目标跟踪。实验结果表明,与传统的目标跟踪方法相比,所设计的方法能够有效降低船舶跟踪误差,具有较强的实用性。     

航道辅助地波雷达机动目标跟踪研究

交互多模型Interacting Multiple Model,IMM）方法应用于高频地波雷达（High Frequency Surface Wave Radar,HFSWR）机动目标跟踪时,其固定的模型集合与转移概率矩阵会导致模型竞争与模型概率切换滞后,降低了目标状态估计的准确性,容易引起航迹断裂、丢失等问题。为此,对基于航道辅助的交互多模型地波雷达机动目标跟踪方法进行了研究。首先,利用有向图模型估计海上航道并提取航道信息,判定目标所处的航道位置并据此自适应切换目标运动模型集合;然后依据确定的模型集合进行多模型滤波,利用滤波新息构造运动模型的极大似然函数并计算每个模型的似然值,通过计算运动模型之间似然值比值计算概率修正因子,采用概率修正因子与原模型转移概率矩阵的乘积更新模型转移概率矩阵。利用仿真与实测数据开展了海上机动目标跟踪实验,结果表明,与传统IMM算法相比,本文方法可显著提升模型概率的切换速度,跟踪得到的航迹维持时间提高了54.2%,算法运行时间减少了30%,运动模型匹配平均概率提高了14.1%,实现了对海上目标的长时跟踪。