基于速度障碍法和动态窗口法的无人水面艇动态避障

  目的  旨在研究密集障碍物海况下无人艇的自主避障问题。  方法  为此,提出一种基于模糊推理的改进型双窗口动态窗口法（DWA）避障算法,即在常规速度窗口的基础上设计基于艇载传感器的感知窗口,构成双窗口模型以进一步优化约束速度空间,然后根据障碍物的分布,动态调整评价函数权值。  结果  仿真实验结果显示,相比原始DWA算法,改进算法在未知密集障碍物海况下规划的路径更加合理、光滑,可避免无人艇从密集障碍物群外绕行,同时确保了避障航行安全性,迭代次数和运行时间可缩短20%以上。  结论  研究成果对无人艇自主避障技术发展具有较为明显的科学价值和实际意义。     

水面无人艇领航—跟随固定时间编队控制

  目的  为解决海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制问题,对无人艇（USV）和无人机（UAV）集群编队跟踪控制问题进行研究。  方法  采用内/外环分层编队控制结构进行系统建模,利用离散时间系统对海上无人集群编队控制问题进行描述,以提高编队控制方法对异构集群的兼容性和实用性。基于虚拟领航者思想,采用基于邻居位置和速度误差反馈的分布式编队控制协议,给出海上无人集群能够实现期望构型和航迹跟踪的充要条件。  结果  仿真结果表明,当通信拓扑存在有向生成树,且在控制协议参数和控制器更新周期满足给定约束条件的情况下,海上无人集群能够实现稳定的编队控制。  结论  所提方法能够适用于海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制,具有一定的应用价值。     

基于自由变形的自主水下航行器壳体优化设计方法研究

进行自主水下航行器（AUV）壳体优化设计时,传统壳体参数化方法变量少,导致在优化过程中不能充分探索壳体外形的变形空间,不利于求得满足性能要求的最优壳体外形。针对此问题,本文提出一种基于自由变形的AUV壳体优化设计方法。该方法基于B样条方法,建立AUV壳体的FFD参数化模型,可实现AUV壳体外形的自由变形,扩展优化空间;并针对FFD参数化模型易导致的优化设计变量多和计算量大的问题,提出一种全局参数化方法对FFD控制体进行间接变形操纵,在实现自由变形的前提下,大大减少参数化变量个数,提高优化效率。最后,分别使用传统优化设计方法和本文优化设计方法对一型AUV壳体进行优化设计,并对比分析所得的优化结果,验证了该方法的有效性。     

基于红外图像的无人艇视觉目标跟踪算法

为了能够更好地适应水面无人艇复杂的跟踪情况,针对fDDST算法不能处理水面目标被严重遮挡和视野中丢失目标以及帧间目标位置发生突变的问题,对原fDSST算法进行大部分改进。改进水面红外目标搜索区域的方法,将Edge boxes与水天线结合,限定目标检索区域;并结合目标速度和尺度的变化对原算法中滤波器模版的更新率进行改进,同时考虑最大响应值和峰值波动情况对滤波器更新机制进行调整。实验结果证明,改进后的算法能够适应帧间目标大范围的突变和严重遮挡的问题,能保持较好跟踪效果而不跟丢,提高了跟踪算法的鲁棒性,加快了跟踪速度,并且对常见目标跟踪问题仍有很好的跟踪性能。     

深海着陆器无动力下潜技术发展现状

深海着陆器是将海洋观测设备运送至海底的首选设备,随着搭载设备及作业任务需求的不同,深海着陆器结构多种多样,而下潜、着陆定位、驻底防陷是深海着陆器布放过程中几项关键技术。本文分析介绍几种形式的减速下潜技术、着陆定位技术、驻底防陷技术、适用场景及应用情况。     

无人船舶综合电力系统健康管理技术

以无人船舶综合电力系统为设计对象,提出一种切实可行的健康管理技术设计方案。该方案以基于测试性的故障预测、故障重构的故障恢复和健康管理的维修建议为指导思想。首先通过分析设备的典型故障及故障可测试性,结合专家经验选取健康状态监测参数;其次对健康状态监测参数进行数据分析与特征提取,根据各设备实际状态与正常/设计状态的偏离程度,采用层次分析方法对各设备及系统进行健康状态评估与趋势预测;最后针对各设备在不同健康度及不同工况下,根据系统任务可用性推理分析,对系统故障进行重构,实现基于故障重构的故障恢复,并给出相应设备的辅助维修建议,最终实现运行任务的优化与控制、重大事故发生前的预警与故障恢复,防止重大事故的发生。     

水面无人艇突防贡献率与声探测敏感度分析研究

从水面无人艇的主要性能和运用模式出发,分析其配合护卫舰对敌舰/潜艇突防成功率的体系贡献率。通过基于Agent技术的蒙特卡洛计算研究表明,水面无人艇能够在其有效航程和载荷能力范围内,对我护卫舰抵近敌舰艇和潜艇突防成功率的平均体系贡献率为52%和104%,其作战效能显著。在设定无人艇的探测智能功能时,应考虑具体气象、水文等对声探测敏感度的影响。智能化设定无人艇的抵近路径及限值,体现出无人艇智能化的优势。     

基于多智能体技术的水面无人艇测控系统研究

多智能体技术适合于解决复杂系统的设计.在简要介绍多智能体技术和水面无人艇测控系统的基础上,分析了将多智能体技术应用于水面无人艇测控系统设计的可行性,提出了水面无人艇多智能体测控系统模型和架构设计,并探讨了系统的开发方法.     

海洋空间智能无人运载器技术发展展望

  目的  针对多艘欠驱动水面无人艇组成的集群系统控制问题,研究虚拟结构法的控制策略。  方法  首先,将集群控制问题转化成无人艇与虚拟结构之间位姿跟踪误差的镇定问题,通过改变虚拟结构的几何形状,实现集群的队形变换。然后,将集群控制器的设计分为运动学和动力学2个部分,充分考虑不确定干扰,设计欠驱动水面无人艇集群的自适应反步滑模控制器,基于李雅普诺夫理论证明闭环系统的稳定性。最后,采取直、曲线航迹航行,开展集群队形变换等仿真试验。  结果  仿真结果表明,无人艇集群的协同运作效果显著,队形变换流畅,且能够自适应应对各种不确定干扰。  结论  集群系统展现出较强的鲁棒性与灵活性,可为后续实艇试验奠定理论基础。     

微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术

潜空两栖航行器是一种既可以在水下潜行又可以在空中飞行的航行器,由于其在军事和民用领域的潜在广泛应用前景而成为当今研究的热点。为了更好地理解这种潜空跨介质航行器的设计要求,介绍飞行器、水面船舶和潜水器等航行器在不同介质中的特性,对这三者进行简要的对比分析,并总结潜空跨介质航行器可能的特性。根据总体结构,现有的潜空两栖航行器被分为3类：固定翼航行器、旋翼航行器和仿生航行器,简要介绍每种类别的典型样机。最后,讨论潜空两栖航行器的关键技术和挑战。