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一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法 预览
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作者 裘天佑 李一平 《海洋技术学报》 2019年第2期36-42,共7页
自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(US... 自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。 展开更多
关键词 自主水下机器人 AUV对接 USBL定位 回坞导航
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水下直升机运动稳定性分析 预览
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作者 陈振纬 姜勇 +4 位作者 黄豪彩 俞宙 严宁民 苏杭 陈鹰 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期152-162,共11页
文章分析一种新型超机动飞碟形的自主式潜水器—水下直升机的运动稳定性,以实现其在海底复杂的作业任务。采用AYASYS-CFX计算流体力学的仿真模拟技术,分析飞碟形的水下直升机在水平面的机动性和垂直面的运动稳定性等水动力关键技术问题... 文章分析一种新型超机动飞碟形的自主式潜水器—水下直升机的运动稳定性,以实现其在海底复杂的作业任务。采用AYASYS-CFX计算流体力学的仿真模拟技术,分析飞碟形的水下直升机在水平面的机动性和垂直面的运动稳定性等水动力关键技术问题。采用多种数值水池模拟的方法,包括直(斜)航运动和圆池旋臂运动等模拟方法,以计算水下直升机的水动力的稳定性导数、水动力(矩)、随攻角变化的压力中心和阻升比等。在设计航速1kn的情况下,采用Routh线性水动力导数组成的运动稳定性数学模型,分析其水平及垂直面上的运动稳定性。计算结果说明,水下直升机在水平面上回转运动具有战术直径接近零的超机动能力,同时,在垂直面上具有优于传统鱼雷形潜水器的运动稳定性。 展开更多
关键词 自主式潜水器(AUV) 水下直升机 计算流体力学 运动稳定性 操纵性
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一种隧洞探测型自主式水下机器人及其图像拼接方法
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作者 陈舟 唐松奇 +2 位作者 石磊 孙玉山 盛明伟 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2019年第3期115-121,共7页
针对采用自主式水下机器人(AUV)巡检和拍摄输水隧洞中的裂缝时水下环境会极大地限制光视觉图像的可视范围和分辨率,单幅水下图像获得的视角范围有限的问题,提出一种基于加速稳健特征(SURF)算法的AUV水下图像拼接方法。在图像预处理阶段... 针对采用自主式水下机器人(AUV)巡检和拍摄输水隧洞中的裂缝时水下环境会极大地限制光视觉图像的可视范围和分辨率,单幅水下图像获得的视角范围有限的问题,提出一种基于加速稳健特征(SURF)算法的AUV水下图像拼接方法。在图像预处理阶段对水下图像进行去畸变和限制对比度自适应直方图均衡化处理,用于解决水下图像存在的畸变、对比度低和噪声严重等问题。将SURF特征点检测算法应用到水下图像配准中,并与RANSAC算法相结合,对特征点进行精确匹配。应用线性渐变融合算法实现水下图像融合,有效去除拼接缝隙,完成水下图像拼接,最终通过水池和外场试验拼接图像验证所提方法的正确性。 展开更多
关键词 自主式水下机器人 水下图像 图像拼接 加速稳健特征算法
基于前视声呐的水下移动障碍物运动参数预测
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作者 严浙平 李技云 +1 位作者 吴以 杨泽文 《华中科技大学学报:自然科学版》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期105-109,共5页
针对水下未知环境中移动障碍物的运动速度预测,提出一种基于多波束前视声呐预测方法.首先,对多波束前视声呐采集的障碍物三维点云数据进行滤波处理,并采用并行搜索树算法进行数据分块处理以分离出单个障碍物.然后,分别计算声呐每一采样... 针对水下未知环境中移动障碍物的运动速度预测,提出一种基于多波束前视声呐预测方法.首先,对多波束前视声呐采集的障碍物三维点云数据进行滤波处理,并采用并行搜索树算法进行数据分块处理以分离出单个障碍物.然后,分别计算声呐每一采样时刻障碍物虚拟质心位置,并修正由无人潜航器船位差所产生的虚拟质心位置变化;建立自适应神经模糊推理系统模型,根据输入的虚拟质心位置依次预测移动障碍物的速度和方向角.最后,进行Matlab仿真实验,仿真结果表明:基于前视声呐探测数据获取的虚拟质心能够准确反映移动障碍物的运动趋势,基于此的自适应神经模糊推理系统能够准确预测移动障碍物的运动参数. 展开更多
关键词 前视声呐 无人潜航器 运动参数 虚拟质心 自适应神经模糊推理系统
改进蚁群算法在AUV三维路径规划中的研究 预览
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作者 张楠楠 姜文刚 窦刚 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第11期265-270,共6页
针对自主式水下机器人海底地形环境中的三维避障最优路径问题,提出了一种适用于全局路径规划的改进蚁群算法。结合实际情况提出了一种简单有效的三维海底环境建模方案。为了改善基本蚁群算法在实际应用中的不足,根据全局信息设计了启发... 针对自主式水下机器人海底地形环境中的三维避障最优路径问题,提出了一种适用于全局路径规划的改进蚁群算法。结合实际情况提出了一种简单有效的三维海底环境建模方案。为了改善基本蚁群算法在实际应用中的不足,根据全局信息设计了启发函数,同时采用局部和全局结合的信息素更新方式,克服算法收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺点,提高了算法的全局寻优能力。将路径的长度和路径的光滑度同时作为评价函数,减少路径的消耗,使算法更具备实际工程意义。在大尺度海底环境下仿真验证了该算法的有效性。 展开更多
关键词 自主式水下机器人 路径规划 蚁群算法 启发函数 路径消耗
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智能水下机器人的发展现状及在军事上的应用
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作者 曹少华 张春晓 +3 位作者 王广洲 潘水艳 罗文 李森 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2019年第2期79-84,89共7页
21世纪是海洋的世纪,水下机器人在军民领域均具有广泛的应用,智能水下机器人是水下机器人技术的发展方向。详细介绍了各国智能水下机器人的发展与研究现状,描述了未来无人化作战体系,分析智能水下机器人在未来无人化作战体系的军事应用... 21世纪是海洋的世纪,水下机器人在军民领域均具有广泛的应用,智能水下机器人是水下机器人技术的发展方向。详细介绍了各国智能水下机器人的发展与研究现状,描述了未来无人化作战体系,分析智能水下机器人在未来无人化作战体系的军事应用,指出军用水下机器人未来的发展趋势。 展开更多
关键词 智能水下机器人 发展现状 军事应用
基于分层式结构的多AUV协同导航方法及仿真 预览
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作者 冯鹏 熊凌 《自动化与仪表》 2019年第2期27-31,共5页
协同导航是多自主水下航行器MAUV在执行水下任务时要解决的关键问题之一。在多AUV群体中航行器的导航精度存在差异。采用了分层式协同导航结构,分层结构中将AUV按照导航精度高低分层,同层之间导航精度相当,高精度层的AUV向低精度层的AU... 协同导航是多自主水下航行器MAUV在执行水下任务时要解决的关键问题之一。在多AUV群体中航行器的导航精度存在差异。采用了分层式协同导航结构,分层结构中将AUV按照导航精度高低分层,同层之间导航精度相当,高精度层的AUV向低精度层的AUV传递导航信息。建立AUV的数学模型,相对距离和相对方位角的测量模型。采用扩展卡尔曼滤波融合内外部导航信息,对低精度层AUV的位置状态估计更新。对基于距离和基于方位角的协同导航定位算法分别进行仿真试验,结果表明该算法提高多AUV群中低精度层AUV的导航定位精度。 展开更多
关键词 自主水下航行器 协同导航 分层式结构 扩展卡尔曼滤波
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典型ROV/AUV在深海科学考察中的丢失过程及原因
8
作者 张同伟 秦升杰 +1 位作者 唐嘉陵 王向鑫 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2018年第6期89-94,共6页
随着科学和工程技术的不断发展,各类ROV/AUV的作业深度在不断增大,作业时间也在不断延长。然而,由于水面和水下环境异常复杂,ROV/AUV将不可避免地发生各种各样的故障,甚至导致其丢失在深海大洋中。以日本"海沟"号ROV、美国"Nereus"... 随着科学和工程技术的不断发展,各类ROV/AUV的作业深度在不断增大,作业时间也在不断延长。然而,由于水面和水下环境异常复杂,ROV/AUV将不可避免地发生各种各样的故障,甚至导致其丢失在深海大洋中。以日本"海沟"号ROV、美国"Nereus"号HROV、美国"ABE"号AUV和英国"Autosub-2"号AUV 4台潜水器为例,分析其在深海/冰下作业时的丢失过程和原因。 展开更多
关键词 ROV AUV 丢失 “海沟”号 “Nereus”号 “ABE”号 “Autosub-2”号
AUV用高精度吸排油浮力调节系统 预览
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作者 尹远 刘铁军 +2 位作者 徐会希 石凯 李阳 《海洋技术学报》 2018年第5期66-71,共6页
针对黑潮等海洋现象的长期、间歇性观测需求,研发了一种长期定点剖面观测AUV系统。为降低能耗,在观测间隔期间,采用浮力调节技术实现定深悬浮,并关闭主要设备实现休眠节能。传统的油囊式浮力调节系统不能精确测量调节量,难以满足AUV悬... 针对黑潮等海洋现象的长期、间歇性观测需求,研发了一种长期定点剖面观测AUV系统。为降低能耗,在观测间隔期间,采用浮力调节技术实现定深悬浮,并关闭主要设备实现休眠节能。传统的油囊式浮力调节系统不能精确测量调节量,难以满足AUV悬浮休眠节能的需求。为实现浮力调节量的精确控制,设计了一种内油箱为活塞式油缸的吸排油浮力调节系统,通过活塞位置的精确测量实现浮力调节量的精确测量和控制。试验结果表明,该浮力调节系统性能满足设计指标,调节精度可达到10 mL,搭载该浮力调节系统的AUV可实现高精度定深控制和剩余浮力的精确调节。该研究为拓展AUV的作业模式、提高AUV作业时间奠定了基础,为高精度浮力调节系统的开发提供了设计参考。 展开更多
关键词 AUV 浮力调节 长期观测
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基于K-Means的水下传感器网络AUV数据收集方法 预览
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作者 伊君 夏娜 +1 位作者 欧元肖 檀华丽 《合肥工业大学学报:自然科学版》 北大核心 2018年第7期908-914,共7页
水下传感器网络(underwater sensor networks,UWSNs)具有节点稀疏布置的特点,目前主要采用自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)收集网络中的数据,其中AUV如何移动从而高效地完成数据收集任务是一个关键问题。文章提出... 水下传感器网络(underwater sensor networks,UWSNs)具有节点稀疏布置的特点,目前主要采用自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)收集网络中的数据,其中AUV如何移动从而高效地完成数据收集任务是一个关键问题。文章提出了一种基于K-Means的水下传感器网络AUV数据收集方法,首先利用K-Means聚类理论对水下传感器网络进行划分,并以节点通信范围为约束条件得到网络划分结果,即多个网络子集,又称“子团”;然后针对网络的变化,节点自主调整子团的结构并确定数据收集点;最后依据多个数据收集点形成AUV的最优移动路径。大量的实验结果表明该方法可以有效地规划出AUV的移动路径,不仅可以完成全网数据收集任务,而且具有耗时短、能耗效率高的优点。 展开更多
关键词 水下传感器网络(UWSNs) 自主式水下航行器(AUV) 数据收集 K-MEANS算法 网络子集
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马尔科夫理论在无人系统中的研究现状 预览
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作者 严浙平 杨泽文 +2 位作者 王璐 岳立冬 潘晓丽 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期9-18,共10页
随着人工智能技术的发展,无人系统面临的任务愈发复杂,通常要求系统在未知环境下自主完成给定任务。为了解决无人系统在未知及不确定性问题方面的规划与决策,可以利用马尔科夫理论进行建模与估计,解决在无人平台中任务决策与规划、目标... 随着人工智能技术的发展,无人系统面临的任务愈发复杂,通常要求系统在未知环境下自主完成给定任务。为了解决无人系统在未知及不确定性问题方面的规划与决策,可以利用马尔科夫理论进行建模与估计,解决在无人平台中任务决策与规划、目标跟踪与识别,以及平台系统间通信等复杂问题。分别介绍马尔科夫理论在无人机(UAV)、无人车(UGV)以及自主式水下机器人(AUV)中的研究进展以及应用现状,指出当前存在的问题,并展望未来的发展趋势和研究热点。 展开更多
关键词 无人系统 马尔科夫理论 无人机 无人车 自主式水下机器人
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未知环境下基于感知自适应的多AUV目标搜索算法 预览
12
作者 李娟 张秉健 +1 位作者 杨莉娟 王蒙迪 《系统工程与电子技术》 CSCD 北大核心 2018年第8期1839-1845,共7页
针对未知环境下目标搜索的复杂性与环境特征的随机性问题,提出了基于分区域的感知自适应目标搜索算法,来解决传统的梳子形搜索模式或预先离线设计的全局优化航迹中,自主水下航行器不能灵活适应环境的目标搜索问题。该方法的主要特点是根... 针对未知环境下目标搜索的复杂性与环境特征的随机性问题,提出了基于分区域的感知自适应目标搜索算法,来解决传统的梳子形搜索模式或预先离线设计的全局优化航迹中,自主水下航行器不能灵活适应环境的目标搜索问题。该方法的主要特点是根据AUV视域内有环境目标特征时,实时设计最优一步的航迹规划,并利用贝叶斯估计来完成目标定位,无目标时,利用分区域栅格值并锁定任务区域的航迹规划,两种模式交替进行来提高搜索的灵活性。仿真结果表明,相比于传统搜索模式或全局优化航迹,该方法增强了环境适应能力,提高了目标搜索效率。 展开更多
关键词 自主水下航行器 未知环境 自适应 目标搜索
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水下自主航行器微光照相机驱动系统设计 预览
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作者 吴厚德 侯昱辰 +1 位作者 许文海 赵明 《光学精密工程》 CSCD 北大核心 2018年第10期2605-2613,共9页
提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,... 提出了基于水下自主航行器的EMCCD微光照相机驱动系统设计方法。首先,分析了EMCCD输出噪声的组成,根据暗电流噪声和时钟感生噪声的关系,给出了常规功率驱动的器件选型原则和设计方法;讨论了使用图腾柱电路实现电子倍增驱动的功耗问题,并给出了改进方案;使用高频系统时钟实现了驱动相位和脉宽的微调,解决了驱动时序波形幅度重叠率不足的问题;最后,给出了使用CCD201-20搭建的水下相机结构和实验结果。实验结果表明,系统产生的常规驱动信号频率为时钟频率10 MHz,串行转移时钟的幅度重叠率优于50%,并行转移时钟的幅度重叠率优于90%,驱动信号的相位调整精度为18°,脉宽调整精度为5 ns,驱动波形稳定、平整,电子倍增驱动信号高电平可调,功耗相较于优化前降低7.2%。本文所介绍的EMCCD驱动系统设计方法充分兼顾了驱动系统的噪声、体积和功耗问题,可以广泛应用在水下微光成像乃至常规CCD领域。 展开更多
关键词 电子倍增电荷耦合器件 低照度相机 CCD驱动 自主水下航行器 现场可编程门阵列
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基于浮力调节系统的AUV水底着陆策略研究 预览
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作者 孙庆刚 郑荣 +1 位作者 杨斌 李默竹 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期134-139,共6页
[目的]水底着陆是自主式水下机器人(AUV)实现水下长期潜伏、定点观测的一种手段,有利于更好地掌握海洋环境的变化。[方法]介绍基于油囊式浮力调节系统的作业型AUV的基本组成结构及主要功能,提出控制浮力垂直下潜着陆和航行下潜控制浮力... [目的]水底着陆是自主式水下机器人(AUV)实现水下长期潜伏、定点观测的一种手段,有利于更好地掌握海洋环境的变化。[方法]介绍基于油囊式浮力调节系统的作业型AUV的基本组成结构及主要功能,提出控制浮力垂直下潜着陆和航行下潜控制浮力垂直着陆这2种水下着陆策略,分析AUV目标点偏离、能耗和离底情况,并开展湖上着陆试验验证。[结果]试验结果表明,依靠该浮力调节系统,AUV能够在水下稳定着陆并安全离底;航行下潜控制浮力垂直着陆策略比控制浮力垂直下潜着陆策略更节省能源,且着陆目标点更为准确。[结论]因此,航行下潜控制浮力垂直着陆策略更符合未来实际应用的需求。 展开更多
关键词 水底着陆 自主式无人水下机器人 浮力调节系统 油囊式
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基于行为策略的AUV全覆盖信度函数路径规划算法
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作者 甘文洋 朱大奇 《系统仿真学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期1857-1868,共12页
针对自治水下机器人全覆盖路径规划问题,通过引入行为策略,结合地图信度函数概念,提出一种基于行为策略的全覆盖信度函数路径规划算法,使AUV完成全覆盖任务的同时自动避开障碍物。根据环境信息构建栅格信度函数,用不同的函数值区... 针对自治水下机器人全覆盖路径规划问题,通过引入行为策略,结合地图信度函数概念,提出一种基于行为策略的全覆盖信度函数路径规划算法,使AUV完成全覆盖任务的同时自动避开障碍物。根据环境信息构建栅格信度函数,用不同的函数值区分障碍物、已覆盖和未覆盖栅格;AUV根据路径规划策略选择下一步航行位置,若AUV航行到障碍物边缘,则利用行为策略选择下一步航行位置,否则使用栅格信度函数选择下一步航行位置。通过二维和三维仿真实验证明了所提算法不仅能够完成全覆盖任务,同时减少了AUV陷入死区的次数,降低了遍历重复率。 展开更多
关键词 自治水下机器人 全覆盖路径规划 信度函数 行为策略
Underwater docking of an under-actuated autonomous underwater vehicle: system design and control implementation
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作者 Bo LI Yuan-xin XU +1 位作者 Shuang-shuang FAN Wen XU 《信息与电子工程前沿:英文版》 SCIE EI CSCD 2018年第8期1024-1041,共18页
基于生物启发反步级联控制方法的多AUV主从式编队 预览 被引量:1
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作者 王佳丽 曹翔 《淮阴师范学院学报:自然科学版》 CAS 2018年第1期22-26,共5页
研究了自治水下机器人(AUV)在三维环境中主从式编队控制问题,提出一种基于生物启发反步级联控制方法.该方法利用领航者的位置信息以及期望的队形得到虚拟AUV的航行轨迹和速度信息,引入反步控制实现跟随AUV对虚拟AUV的轨迹跟踪,实现三... 研究了自治水下机器人(AUV)在三维环境中主从式编队控制问题,提出一种基于生物启发反步级联控制方法.该方法利用领航者的位置信息以及期望的队形得到虚拟AUV的航行轨迹和速度信息,引入反步控制实现跟随AUV对虚拟AUV的轨迹跟踪,实现三维水下编队控制;利用生物启发神经网络有界性的特点,解决了速度跳变以及由此引起的驱动饱和问题.仿真结果表明,该方法实现了预期控制效果,并且有较好的有效性和实用性. 展开更多
关键词 自治水下机器人 主从式编队控制 生物启发神经网络 反步控制
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Stability Analysis of an Underactuated Autonomous Underwater Vehicle Using Extended-Routh's Stability Method
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作者 Basant Kumar Sahu Bidyadhar Subudhi Madan Mohan Gupta 《国际自动化与计算杂志:英文版》 EI CSCD 2018年第3期299-309,共11页
关键词 稳定性分析 车辆使用 定性方法 水下 自治 系统动力学 LYAPUNOV 水动力学
国产AUV系统2017年东海应用及数据分析 预览
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作者 张艳胜 魏传杰 +3 位作者 范聪慧 于非 刘铁军 姜志斌 《海洋技术学报》 2018年第4期62-67,共6页
自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle),简称AUV,是综合了人工智能、新技术、新材料的高新科技产物。中国科学院沈阳自动化研究所用自主AUV技术,研制一种自航式、长期定点、垂直剖面连续观测新型系统(简称长期观测型AUV系... 自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle),简称AUV,是综合了人工智能、新技术、新材料的高新科技产物。中国科学院沈阳自动化研究所用自主AUV技术,研制一种自航式、长期定点、垂直剖面连续观测新型系统(简称长期观测型AUV系统)。文中详细介绍了该系统的组成部分、工作原理和方式,并对2017年7月在东海海试的数据进行了分析。结果表明:AUV上升平均速度(0.15 m/s)小于下潜速度(0.20 m/s),上升时观测的数据质量较好,较传统观测精度更高,观测条件限制更小,对于获取海洋调查区域有很大的优势;采集的数据对该海区的水文结构有精细的描述,反映出该海区的水文特征。海试结果表明长期观测型AUV系统各项指标性能已经可以满足实现长期观测的要求。 展开更多
关键词 自主水下航行器 性能 海试 海洋调查
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一种基于人工势场多AUV集群的实时避障方法 预览
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作者 徐博 张娇 王超 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2018年第6期66-71,共6页
[目的]针对复杂水下环境中可能存在的多种障碍物,影响多自主式水下机器人(AUV)集群运动规划问题,提出一种基于人工势场的多AUV集群实时避障方法。[方法]首先,采用一种基于动态网络拓扑的编队方法,将AUV看作网络中的节点,通过设置势场函... [目的]针对复杂水下环境中可能存在的多种障碍物,影响多自主式水下机器人(AUV)集群运动规划问题,提出一种基于人工势场的多AUV集群实时避障方法。[方法]首先,采用一种基于动态网络拓扑的编队方法,将AUV看作网络中的节点,通过设置势场函数来满足编队要求;然后,基于人工势场法对同时存在目标和障碍的区域建立势场函数,并将势场函数改进为指数函数,对AUV进行在线规划,实时完成多AUV集群避障的任务;最后,在Matlab软件中仿真设置10台AUV和6个障碍物进行仿真验证。[结果]仿真结果表明,采用该方法,AUV可以全部顺利地避开障碍物,准确到达目标点的安全区域。[结论]人工势场函数法可准确实现多AUV的实时避障,该技术的进步对提高军事作战能力具有重要的意义。 展开更多
关键词 自主式水下机器人 人工势场 集群运动 编队控制 避障
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