无人机辅助通信的联合功率分配和轨迹规划研究

为了提高系统传输性能和频谱利用效率,基于设备对设备直连通信系统的无人机辅助通信系统频谱共享规划,将无人机作为中继为远距离设备进行信息传输,提出了一种基于块坐标下降法的功率分配和轨迹优化算法,采用双凸差分规划研究固定无人机轨迹下的功率优化问题,提出了两步轨迹优化方法解决固定功率下的轨迹优化问题.该算法在满足信息因果约束,系统传输功率约束和无人机和地面点对点共存通信的约束下,最大化接收方的吞吐量.仿真结果表明：该算法在多种情况下均能具备有效性且能够有效优化接收方的吞吐量.     

基于智能优化算法的舰船航行轨迹跟踪

针对当前舰船航行轨迹跟踪精度的难题,设计了基于智能优化算法的舰船航行轨迹跟踪方法。首先结合舰船航行轨迹跟踪的特点,将舰船航行轨迹跟踪问题转换为一个多目标优化问题,然后引入智能优化算法对网格点的多目标优化问题进行求解,找到最优的舰船航行轨迹跟踪方案,最后进行舰船航行轨迹跟踪仿真测试,测试结果表明,智能优化算法获得了比传统算法更优的舰船航行轨迹跟踪精度,而且舰船航行轨迹跟踪的速度高,具有较好应用价值。     

机器学习算法的舰船路径跟踪误差估计

针对传统舰船路径跟踪误差估计方法存在误差估计性能较差的问题,设计一种机器学习算法的舰船路径跟踪误差估计方法,对舰船路径跟踪时的运动方向进行简化。根据其扰动状态对舰船路径跟踪实施扰动分析,获取舰船路径跟踪时的旋转角度与角速度。设舰船在初始跟踪位置开始跟踪目标船,通过轨迹跟踪获取目标船的参考运动轨迹,利用饱和输入约束获取舰船路径跟踪目标轨迹的控制参数,并将其作为目标船参考运动轨迹的决定优化变量,获取参考运动轨迹,利用机器学习算法对舰船路径跟踪误差进行估计。为了证明机器学习算法的舰船路径跟踪误差估计方法的误差估计性能较好,将传统方法与该方法进行对比实验,实验结果证明该方法的误差估计性能优于传统方法。     

舰船通信网络中的移动脆弱节点定位与实现

舰船通信网络采用节点分布式组网设计,实现与外界的无线通信和远程卫星通信,对网络中的移动脆弱节点准确定位检测,实现对网络故障的及时诊断。本文提出一种基于网络传输信道量化跟踪融合的移动脆弱节点定位方法。首先构建舰船通信网络的节点分布模型,在舰船通信网络的多径传输信道中进行节点之间传输数据的信号分析;然后采用信道量化跟踪融合方法进行移动脆弱节点的异常特征提取,实现异常脆弱节点定位;最后进行实验测试,仿真结果表明,该方法对舰船通信网络中的移动脆弱节点定位检测的准确概率较高,时间开销较小,在通信网络故障诊断中具有实用性。     

Calculation of vaulted magnetic field above ship using equivalent surface magnetic charge北大核心CSCD

[目的]为了获得舰船上方不同高度平面磁场数据,解决舰船上方拱顶磁场推算到平面磁场的问题,提出用面磁荷法进行舰船上方的磁场推算。[方法]从等效源理论出发,利用拱顶磁场数据进行反演建模,将舰船磁场等效为面磁荷产生的磁场,用面磁荷正演舰船上方的磁场。将面磁荷法推算出的磁场与舰船实际磁场进行对比,验证面磁荷法的可行性。[结果]通过数值仿真计算,舰船磁场垂直分量推算的相对均方根误差为0.44%;利用磁性船模进行实验分析,磁场垂直分量推算的相对均方根误差为7.64%。[结论]仿真和船模实验分析表明,利用面磁荷法进行磁场推算,其推算值与测量值较为吻合,推算的相对均方根误差较小,具有较高的精度,可用于实际工程计算。     

基于模型预测控制的无人帆船轨迹跟踪方法

[目的]面向无人帆船在水面、水下跨域异构海洋机器人的协同作业场景,提出基于模型预测控制（MPC）的无人帆船轨迹跟踪方法。[方法]针对“海鸥”号无人帆船,建立其动力学模型及运动学模型,通过分析无人帆船动力学特点及执行器约束条件,构建MPC目标函数及系统约束条件,将无人帆船的轨迹跟踪问题转化为优化问题,并利用Matlab软件开展仿真实验验证。[结果]仿真结果表明,与“帆–舵”分离的PID轨迹跟踪控制方法相比,所提出的无人帆船“帆–舵”联合MPC控制方法更便于添加约束条件,其在风向变化的情况下能以更小的轨迹跟踪误差来更快地收敛于指定轨迹,且其可以实现逆风折线航行。[结论]研究成果可为无人帆船的帆、舵控制提供新的思路,提高其轨迹跟踪能力,进一步为无人帆船与AUV的高效协同作业提供技术保障。     

舰船移动网络的服务实现方法研究

针对舰船航行过程中无法准确定位舰船移动终端,影响移动网络服务质量问题,提出舰船移动网络服务实现方法。选用网格伪距差分定位法,通过移动网络服务器与连续工作基准站间的连接确定网络中心点周边连续工作基准站,依照对应优化数内插模型采集网格优化数信息;舰船移动终端由移动网络服务器获取网格差分优化数据流,利用单点定位技术初步判断舰船移动终端所处网格,依照该网格优化数信息,完成舰船移动终端实时差分定位服务。在此基础上,从信令平面和传输平面两方面通过移动网络的服务质量管理确保移动网络服务业务接入点间为舰船移动终端提供可协商的服务。实验结果显示该方法可准确获取舰船移动终端位置,服务效果佳。     

能量受限约束下的舰船通信网络节点动态协同部署

通信网络的节点部署优劣直接关系到舰船通信能力,针对舰船通信网络资源利用能力低的问题,提出能量受限约束下舰船通信网络节点动态协同部署方法。分析能量受限的节点动态特性,得出能量约束条件下通信网络系统节点的闭环特性。计算舰船通信网络节点网格密度,利用K-均值聚类以及粒子群2种算法找寻出最优节点位置,实现舰船通信网络节点动态协同部署。实验结果表明,本文方法的通信传输能耗小,信息吞吐量高,网络生命周期长。     

基于机床改造智能视觉的舰船用零件的加工控制优化

舰船用零件加工要求精度极高,为了改善加工工艺,提出一种机床改造智能视觉的舰船用零件的加工控制优化方法。进行加工控制约束参量分析,对影响加工精度的曲面啮合、机床进给速度、主轴转速等参量进行解析优化分析,在机器视觉下进行机床控制参量的优化量算改造,实现舰船用零件控制优化,得出机床进刀最优控制律,改善加工工艺。仿真结果表明,采用该方法进行舰船用零件的加工控制,加工轨迹误差较低,收敛效果较好。     

Energy efficiency optimization analysis of fuel cell/lithium battery hybrid ship based on whale optimization algorithm北大核心CSCD

[目的]为提升船舶的能源利用率,对多因素影响下的燃料电池/锂电池混合动力船舶能效优化方法进行分析。[方法]基于Matlab/Simulink仿真建模软件,建立对象船舶的能效仿真模型,研究通航环境要素对船舶能效的影响。考虑动力源特性和船舶功率需求,提出基于模糊逻辑的功率分配策略,以优化系统能量流动。然后在此基础上,以系统总能耗最低为优化目标,建立考虑多因素的船舶航速非线性优化模型,采用鲸鱼优化算法开展优化模型动态寻优,并进行不同航行方法和航行时间约束下的能效优化分析。[结果]结果显示,在总航行时间不变的情况下,采用所提的考虑多因素的船舶能效优化方法可以降低船舶5.04%的总能耗和13.16%的燃料电池氢气总消耗。[结论]所述方法对船舶节能减排具有积极的作用,同时对提高船舶续航力和经济性具有重要意义。     

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...     

舰船远程通信信号的定位算法研究与仿真

舰船通信过程中对信号源进行通信定位,能够准确捕捉舰船所在位置。传统远程通信信号的定位算法无法进行高精度的定位,同时舰船运行速率会影响通信定位质量,针对上述问题,提出舰船远程通信信号的定位算法。在传统信号定位算法基础上进行加权处理,优化测距误差自校正流程,降低行速率对通讯定位的影响,增设自校正定位计算,加强定位计算质量。实验数据表明,提出的通信信号定位算法能够对舰船进行高精度的信号定位。     

改进粒子群优化算法的舰船三维路径规划

为了提高对舰船三维路径规划和协同调度能力,提出基于改进粒子群优化算法的舰船三维路径规划方法。采用视点模型跟踪方法实现对舰船三维路径移动任务规划设计,获得舰船的方位信息编队任务分布特征量。通过改进粒子群仿生算分获取虚拟刚体状态约束特征值,结合方位信息编队移动分布情况,实现对目标舰船编队的形成、保持与跟踪识别。通过对舰船目标三维参数估计结果,实现对舰船的路径规划。仿真结果表明,采用该方法进行舰船三维路径规划的空间规划能力和参数能力较好,能准确估计舰船位置和空间方位信息。     

时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型

现有时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型由于技术的不成熟,存在跟踪效果差的问题。为了解决上述问题,提出时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型研究。以雷达获取的海面图像为前提,采用可变部件模型检测舰船多目标,利用光流法生成舰船多目标轨迹片段,将得到的舰船多目标轨迹片段映射到成本流量网络中,形成网络流图,得到最小网络流的舰船多目标方程,通过最短路径算法求解最小网络流网络,实现了时变海面舰船多目标的优化跟踪。通过仿真对比实验结果表明,与现有的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型相比较,构建的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型极大的提升了跟踪效果,充分说明构建的时变海面舰船多目标优化跟踪数学模型具备更好的性能。     

基于Bagging-GPR的舰船目标RCS频率外推技术北大核心CSCD

[目的]针对高频情况下使用传统仿真、实测方法获取舰船目标RCS受限的问题,提出一种结合引导聚集(Bagging)算法与基于谱混合协方差函数的高斯过程回归(GPR)模型的混合方法(Bagging-GPR),从而根据仿真和实测得到的低频段RCS数据,准确高效地外推高频段的RCS数据。[方法]首先,根据舰船目标低频段单站RCS数据,以重采样的方式获取训练子集,并使用基于谱混合协方差函数的GPR模型对各子集的RCS数据在频域上进行外推;然后,通过Bagging算法将各子集的外推结果进行混合,以进一步提高GPR的外推精度和鲁棒性;最后,分别在舰船模型的仿真数据集和实测数据集上对Bagging-GPR混合方法的性能予以试验验证。[结果]结果表明,Bagging-GPR可以实现实时外推,预测值与仿真值、实测值基本一致,均方根误差很小。[结论]所提方法具有较高的频域RCS数据外推精度和良好的鲁棒性,可为快速获取目标的高频RCS特征提供一种新的技术手段。     

基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略

[目的]针对舰船移动平台光伏系统的输出功率不稳定问题和负载突加/突卸所导致的功率波动问题,提出基于优化功率分配的光伏混合储能系统能量管理策略.[方法]针对传统限值管理方法的不足,根据超级电容荷电状态所在的不同分区自适应调整滤波时间常数,从而实现混合储能系统功率的优化分配,同时分析各个变换器的控制策略和工作模式.[结果]...     

舰船动力装置多学科集成设计优化方法

[目的]在充分分析舰船动力装置总体设计研究现状的基础上,指出现有动力装置设计方法中存在缺乏从多学科耦合角度进行仿真和优化,从而制约设计质量提高的问题,有必要开展动力装置多学科集成优化理论、方法及关键技术研究。[方法]建立舰船动力装置多学科集成优化设计系统框架,并对动力装置多学科优化技术、现代设计工具技术、协同仿真、支撑环境、设计软件开发等关键技术进行深入研究。[结果]给出了有效的解决方案。[结论]研究成果能为开展舰船主动力装置多学科集成设计优化提供一定的参考,同时为舰船动力装置设计水平的提高奠定一定的基础。     

推力受限的ROV预设性能精准跟踪控制北大核心CSCD

[目的]针对有缆水下机器人(ROV)推进器推力/力矩受限的现实情况,研究面向三维轨迹跟踪的预设性能精准控制问题,同时考虑系统不确定性、水下环境干扰等未知因素,提出基于有限时间扩张状态观测器和预设性能变换的精准跟踪控制方案,确保轨迹跟踪误差快速镇定。[方法]首先,针对推进器饱和约束,设计补偿系统消除输入饱和限制;其次,设计有限时间扩张状态观测器,对外界扰动和未知系统动态进行集总观测和补偿;进而,基于预设性能函数和误差转换函数,将受预设性能限制的跟踪误差转换成非受限的跟踪误差并构造积分滑动模态,采用快速幂次趋近律和边界层减缓执行器抖振;最后,采用Lyapunov理论证明所提出算法的整体稳定性。[结果]仿真结果验证了所设计控制方法的有效性和优越性。[结论]该控制方案可为解决集总扰动下推力受限的ROV轨迹跟踪预设性能精准控制问题提供一种新的解决方案。     

基于云推理的舰船安全状态评估模型

为了提高舰船通信和航行的安全性能,提出基于云推理的舰船安全状态评估模型,采用均衡博弈方法构建舰船安全状态评估的约束参量模型,结合自适应转发控制协议进行舰船安全状态评估的目标函数构建,采用云推理算法进行安全状态评估目标函数的优化求解,设计服务接口模式进行舰船航行状态的调度和安全评估,采用Lyapunove指数预测算法实现舰船安全状态有效预测和评估。仿真结果表明,采用该方法进行舰船安全状态评估的准确度较高,对舰船航行和调度的有效性较好,确保了舰船运行状态安全。     

基于多媒体技术的舰船轨迹虚拟重构技术

对舰船轨迹的虚拟重构主要包括了对舰船模型和舰船尾流的三维视景仿真重构,为了提高舰船轨迹虚拟重构的逼真度,在多媒体视觉下,提出一种基于Vega prime和Multigen Creator建模的舰船轨迹虚拟重构技术,对获取的舰船船体数据和尾流数据进行数据加载和信息编译,在虚拟场景中根据场景状态信息和渲染指令进行海洋场景、舰船模型和尾流气泡模型的绘制。采用不规则三角网分割方法实现分区域三维重构和图像处理,实现舰船轨迹虚拟重构优化。仿真结果表明,采用该方法进行舰船轨迹虚拟重构和视景仿真的逼真性较好,图像渲染能力较强,具有较好的视觉效果。