面向水下搜救的自主水下航行器路径跟踪控制

对自主水下航行器（AUV）在执行水下搜救任务过程中遇到的三维路径跟踪控制和定点驻停问题进行研究。在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型，引入流体坐标系，设计适宜进行运动控制的三维路径跟踪控制器，并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型；基于三维视距制导律控制设计AUV的三维路径跟踪控制器，在此基础上提出一种适于水下搜救工况的AUV路径跟踪控制方法，使AUV能完成对参数化路径的跟踪和在预设目标点的驻停；同时，基于李雅普诺夫稳定性原理证明该控制器的稳定性。仿真试验结果表明，设计的控制器有效，能实现对面向水下搜救的AUV路径跟踪控制。     

海岸声呐对AUV隐蔽突防影响研究

针对AUV抵近目标前沿海区执行任务而可能被海岸声呐探测,从而影响AUV隐蔽突防的问题。通过构建海岸声呐对AUV探测距离预估模型、海岸声呐对目标探测概率模型,从探测距离、概率2个方面,分析海岸声呐对AUV隐蔽突防的影响,给出了声呐探测距离与航速、海况对应变化关系及海岸声呐对AUV探测概率拟合曲线。在获取AUV航速、海况等级、海岸声呐布设位置等关键信息后,可预报声呐对AUV的探测距离及不同区域的探测概率。最后基于典型AUV任务态势设定了AUV隐蔽突防威胁等级表,提出AUV在不同情况下的隐蔽突防策略。     

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。     

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。     

一种提升作业持久力大排量基地型UUV设计构想

描述可作为战场前沿部署微小型AUV的系泊平台、为微小型AUV进行能源补给、携带多艘微小型AUV的一种大排量基地型自主潜航器设计理念。这种可移动的多功能平台可有效解决"母舰"系统周边微小型AUV能源动力补给、水下持久性工作及数据采集及时交换的问题;将前沿集结的多类微小型AUV送至更远作业区,使海上无人系统更好地遂行对管控海域实施长期感知和监视任务;使作为水下重要节点的微小型AUV在海洋环境监测系统中具备待机时间长、作业效能高的能力。通过对多功能大型自主潜航器的航速、推进功率等性能参数推导计算,得出基地型UUV能提供的最佳区域覆盖率、搜索效率、持续时间等参数,提出对微小型AUV系泊、充电布置方式,母舰平台建模设计方法构想和设定参数値,并对几种前沿作业模式持久力进行评估。     

全驱动型AUV三维路径跟踪控制系统设计及分析

[目的]为满足全驱动型自主式水下机器人(AUV)水下搜救、回收及海底地貌成像等实际任务需求,研究全驱动型AUV三维路径跟踪控制应用的方法。[方法]阐述自主研发的"探海I型"全驱动型AUV系统组成,研究并建立该AUV推进器、水平面和垂直面控制的数学模型,设计一种新颖的智能积分S面三维路径跟踪控制器,分析设计的控制系统的稳定性,并通过仿真及湖上试验进行验证。[结果]结果表明所开发的AUV运行可靠,设计的控制器能较好地完成三维路径跟踪任务,可满足水下实际任务的需求,[结论]其三维路径跟踪控制器对全驱动型AUV及其他领域的路径跟踪控制应用具有借鉴意义。     

自治潜水器作业安全风险因子研究

自治潜水器（AUV）是一类能够自主在海洋中航行和作业的潜水器,能够替代人类在水下危险的环境下,安全可靠地完成科学考察、环境探测和作业等任务。为实现水下大范围作业,AUV主要通过自带能源,可以长期脱离母船及人工控制开展自主化作业,也导致其丢失现象频发。本文通过分析AUV丢失案例,制定全寿命剖面和典型任务剖面,依据剖面分析AUV应用全寿命阶段的安全风险因子,阐述可能带来的风险,评估危害程度。安全风险因子的分析对于AUV安全性设计及应用防控策略的研究具有重要参考意义。     

水下机器人动态对接中的碰撞与稳定控制

为更好地支持多类型水下机器人（AUV）的功能协同工作,进一步提高AUV的综合作业能力,本文针对喇叭口引导式回收坞站动态入坞过程中的碰撞问题,开展水下机器人动态对接技术研究。首先进行AUV的水下受力状况和碰撞相关参数的分析,在此基础上建立AUV入坞碰撞的物理模型,结合Adams/Matlab联合仿真技术,得到碰撞过程中的最大碰撞力,提高了仿真模型的实用性。同时,为解决动态入坞碰撞过程中AUV与移动坞站姿态变化较大的问题,本文设计一套AUV动态入坞的过程控制系统。仿真实验结果可知,该控制系统能够对AUV进行实时姿态调整,实现AUV在复杂场景下的动态回收任务,减少回收对接工作所需要的时间,更好地支持AUV的水下协同工作。     

低速AUV航渡过程中减少洋流影响的方法

作为人类探索海洋和开发海洋的工具,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)被广泛应用于海洋科学调查、水下勘察等民用任务,同时也用于执行监视、侦查、巡逻、攻击等军用任务。由于AUV往往采用低速航行,导致海洋环境特别是洋流对其影响较大。本文主要分析了洋流对低速AUV的影响机理,提出并分析了几种减小洋流影响的方法,证明通过增加航路控制点的方法可有效减小洋流影响。     

中型AUV锂离子电池系统设计研究

中型AUV具有续航力强、载荷量大等优势,在长航程科学观测、大载荷搭载等任务领域有较好的应用前景。本文根据某中型AUV的任务需求和指标进行锂离子电池系统设计,基于21700圆柱电芯,对电池成组方案、焊接工艺、电路设计和BMS设计等进行研究,并进行了相关性能测试和分析。试验结果表明,21700圆柱电池在中型AUV锂离子电池系统中具有较好的适用性。     

AUV控制系统试验平台

随着AUV(自主式潜器)技术的不断发展,对其自主性能的要求越来越高.AUV控制系统试验平台可以实现各种自主控制、动态控制算法及软件的系统集成.文章以能够自主完成地形勘察使命的AUV为研究对象,设计了AUV控制系统试验平台,对AUV控制系统硬件系统和基于行为仲裁的分层递阶软件系统做了较全面的介绍,利用QNX操作系统的多线程和消息传递技术实现了任务协调算法.在半实物试验平台上进行的地形勘察使命仿真结果验证了控制系统试验平台硬件结构合理,算法及软件集成可实现.     

AUV导航技术概述

AUV具有良好的隐蔽性、自主性和水下适应性,在探索海洋方面的作用日益凸显。高精度的定位导航是AUV执行任务和安全返回的重要保障,随着水下作业的多样化和工作条件复杂化,AUV的导航性能被提出了更高要求。从当前典型AUV的导航配置入手,阐述适用于水下环境的惯性导航、声学导航、地球物理场导航等重点方法,并分析几种典型组合导航方式和协同导航模式的应用,总结了所涉及的关键技术及未来发展趋势,为今后更进一步的研究打下基础。     

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。     

挪威海军的自主潜器样机

2003年1月底，挪威海军指定挪威国防研究院承担提供自主潜器(AUV)样机的任务，这种自主潜器将作为未来水雷对抗和快速环境评估军事行动的工具。     

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。     

深水AUV电子海图监测系统设计与实现

针对深水AUV在对未知海域进行勘测时高风险性的问题,设计了一套深水AUV电子海图监测系统。该系统基于LabVIEW软件平台,采用与GIS(地理信息系统)、数据库技术相结合的开发方法,可实现AUV在测量过程中的声学通讯、定位追踪、航迹显示及通讯日志记录等功能。经测试,该系统能实时记录航行参数,并实现对异常情况报警处理,一定程度降低运行风险,提高整机系统可靠性。     

智能自主式水下航行器技术发展研究

自主式水下航行器(AUV)具有自主性、隐蔽性、环境适应性、可部署性和高效费比等优点,被广泛应用于民用、军用和商用等领域.智能化是目前AUV技术的研究热点,智能AUV具有更先进的"智能"技术,能够极大地拓展海上无人装备的任务范围,提高作业能力.结合典型智能AUV设备,对近年来智能AUV的发展现状进行阐述,对智能AUV的关...     

基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真

该文运用矢量方法对自主式水下航行器(AUV)近水面的六自由度运动方程进行了推导，得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型，并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真，在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。     

浅谈深海水下自主式无缆潜航器的发展及应用

文章讨论了国内外深海水下自主式无缆潜航器(AUV)的国内外发展现状,并对主流产品及我国研制的主要成果的性能参数、主体尺寸、主要功能及使用场景等进行了介绍。并着重对深海AUV在目标搜寻、地质勘探及深海探测等方面的应用着重进行了分析。结合目前深海AUV的发展现状提出了其远程化、智能化及模块化的发展方向。     

基于功能软件包的作战系统集成优化设计

为适应水面舰艇使命任务多元化需求,减少舰艇作战系统规模扩大与载舰总体资源有限的矛盾,提出一种基于功能软件包的作战系统集成优化设计方法,以提升基础资源集成共用和信息开放共享的程度,提高可靠性和生命力,支持根据作战任务灵活使用。介绍功能软件集成架构,描述功能软件包设计和系统集成管理技术,并开展原理验证试验。试验结果表明,基于功能软件包的作战系统集成优化设计技术可行,满足作战系统功能层面要求,为作战系统电子武器装备集成提供了可行的解决方案。