人机协作系统中车辆轨迹规划与轨迹跟踪控制研究

自动驾驶系统需具备响应驾驶人意图且有效执行驾驶人意图的能力，以解决人机协作系统中存在的人机冲突、人机优势融合等问题。提出决策层“以人为主”、执行层“以机为首”的人机协作关系，构建包含驾驶人意图识别模块、基于意图识别的轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块的人机协作一体化控制系统框架，并重点对轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块开展研究。首先，结合双向长短期记忆神经网络（Bi-directional Long Short Term Memory，Bi-LSTM）与注意力机制模型建立换道轨迹规划模型；在改进人工势场算法中引入模型预测控制并建立避险轨迹规划模型。其次，通过开展驾驶模拟器试验建立换道与避险驾驶行为数据集，为拟人化模型训练和模型参数确定提供支撑。然后，综合考虑车辆状态变量、控制输入与输出以及道路结构参数等约束条件，构建基于最优转向前轮输入的线性时变模型预测轨迹跟踪控制器，实现对规划轨迹的精准跟踪。最后，基于驾驶模拟器搭建人机协作系统硬件在环测试平台，对轨迹规划模块与轨迹跟踪控制模块开展硬件在环测试与验证。结果表明：换道与避险规划轨迹光滑且平稳，轨迹跟踪控制过程中，车辆航向角与前轮转角变化平稳；所构建的轨迹规划与轨迹跟踪控制模块在确保安全性前提下可实现不同场景中的车辆运动控制需求。     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

基于QPSK调制水声通信系统设计与仿真

论文研究了水声通信系统的组成原理及各部分功能,结合水声通信信道特性对水声通信系统的影响,研究并提出了用QPSK调制技术设计水声通信系统。确立了水声通信系统数学模型,以Matlab为工具对整个系统进行仿真分析,通过理论研究和仿真可以发现,QPSK调制技术在水声通信中的应用可以有效抑制多径扩展和海洋噪声,减少误码率,确保水声通信的可靠性,提高通信速率。     

基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真*

研究并建立高空滑翔水下航行器的虚拟现实的视景仿真系统,分析水下航行器全弹道控制并在视景仿真平台下实现水下航行器全弹道多状态攻击轨迹模型。高空滑翔水下航行器姿态变化快,背景参数复杂,视景仿真中会出现局部模型快速变化或者模型分离的难题。提出采用DOF和Switch节点相结合的方法,利用其Matlab Simulink仿真模型,计算高空滑翔水下航行器的六自由度数据,通过Matlab的“To Workspace”模块将六自由度数据输出并存档。在VC＋＋6．0环境下编写Vega应用程序,读取运动参数,应用LOD技术在不降低显示速度的同时提高仿真视觉效果。仿真实验和测试效果表明,系统实能实现水下航行器在空中滑翔、低空突防、滑翔翼脱离以及水下攻击等多状态的水下航行器运动弹道轨迹和视景仿真效果,以及运动控制参数的同步跟踪,不再会因局部模型快速变化和模型分离而失真。为分析空投滑翔水下航行器的运动轨迹提供了数据支撑和视景平台支持,对展开高空滑翔水下航行器的弹道控制研究和试验具有重要价值。     

浮动舱室设计对船舶机舱舱室振声性能的影响

以某航海教学实习船机舱为原型,建立机舱三舱段有限元模型,确定振动预报模型边界条件,选择发电柴油机组悬着位置作为力激励点,采用有限元/边界元法预测了机舱集控室和机修间声功率级,对比分析该两舷侧对称舱室场点声压级云图。计算各壁板对值班轮机员右耳位置声压的贡献度,验证以浮动地板为基础的浮动舱室设计可以有效降低舱室噪声。将此振动-声辐射耦合系统简化为箱形多腔结构,建立多腔结构及其单元腔室有限元模型,进行船舶机舱模型振动-声辐射实验,仿真结果与实验测量结果吻合较好,验证仿真方法的有效性。总结出船舶机舱舱段模型振声数值预报通用方法及流程,对指导船舶减振降噪有借鉴价值。     

鱼雷被动声自导反舰深度设定方法

鱼雷被动声自导反舰时,搜索深度的设定决定了鱼雷效能的发挥。采用鱼雷被动自导作用距离作为鱼雷搜索深度设定依据。被动自导方程各项中,鱼雷自噪声级与传播损失随深度变化,二者在深度上的分布决定了不同深度上自导作用距离的差别。采用声散射模型计算鱼雷自噪声级,采用Bellhop模型计算传播损失,结合被动自导方程其他各项的仿真和计算,定量分析4种典型水文条件下自导作用距离随深度变化情况,并提出被动自导系统搜索深度设定原则。     

基于双扩展信道时空的水声通信算法

在现代海洋探测业务中,基于水声通信的应用领域越来越广泛,如水下目标检测跟踪系统、海底声呐系统等。同时,水声通信系统信号传输的频带范围较窄,如何在有限的频带范围最大限度的提高通信容量是水声通信的主要研究方向之一,而时空阵列技术能够在同一信道内进行多路信号的传输,在扩展通信系统容量方面具有天然优势。本文在研究时空阵列通信及水声通信系统的基础上,提出一种基于双扩展信道时空的水声通信算法,最后给出系统仿真。     

海底溢油输移扩散的可视化数值模拟系统

为直观研究溢油在复杂水下环境中的动态行为,设计和开发一套海底溢油可视化数值模拟系统(SIMPACT-SOS).系统由数值模型、数据库和图形界面构成,具有地理信息系统(GIS)应用平台、数值建模分析、溢油数值模拟等专业功能.应用算例表明,SIMPACT-SOS系统可为海底沉船溢油、海底输油管道泄漏、海洋石油钻井井喷等水下污染事故的风险评估、应急决策及损害评估提供理论和技术支持.     

船舶航迹跟踪的滑模控制

为了解决船舶路径跟踪中的非线性问题,在建立船舶非线性模型的基础上,采用指数趋近律,设计了船舶轨迹跟踪的滑模控制器,分别进行了动态直线跟踪和环形跟踪仿真试验,仿真结果表明,船舶动态轨迹跟踪性能良好,能精确保持航迹。     

波动水面对近水面目标声反射的影响分析

在水下目标强度的测量中,当目标体接近水面时,与自由空间情形相比,声波受到水面的散射及多径作用使回波强度发生变化。文章应用波动水面的平均反射系数计算方法,得出符合高斯分布的粗糙水面的反射系数与声波频率、入射角度的变化关系。计算了在四种不同传播路径作用下目标强度的结果。最后通过水池试验,验证了在高瑞利系数下结果的正确性。