基于OFDM信号的自适应水声信道估计算法

建立适用于OFDM水声通信信号的信道估计模型, 对MP算法进行改进, 引入路径门限调整机制克服虚假路径造成的不良影响, 通过重要路径权系数的迭代修正降低非正交性引入的估计误差, 以较小计算量取得了与OMP算法相当的估计精度; 针对传统信道估计算法对信道长度信息的依赖问题, 提出了一种信道长度自适应信道估计算法, 该算法能够对信道估计质量进行实时评价, 并根据评价结果实现信道估计算法预估信道长度的自适应调整, 满足未知水声信道精确估计及通信应用的需要; 基于OFDM导频元素个数与信道估计效果的关系研究, 提出了OFDM导频序列自调整的通信方案, 以较小的带宽损失保证了可靠的水声通信. 通过仿真和实地试验, 验证了该文研究内容的有效性.     

AUV水声跳频通信调制解调器的设计与实现

在复杂时变水声通信环境中非相干FH-FSK调制解调技术是一种较为稳健、可靠的通信方式,适合于低速、高可靠的水声设备遥控等应用场合,如水面船遥控高速运动的水下智能机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)。但也面临着以下困难:1)高速运动带来的多普勒会严重恶化通信系统性能;2)为节省能耗,AUV依据通信需求可对通信单元进行经常性的上电与断电操作,导致异步单工工作模式下水面与水下通信节点之间很难协调工作。针对以上问题,提出了采用脉冲对技术进行可靠多普勒估计,并采用线性插值技术进行高效多普勒补偿;结合通信节点板载高精度时钟以及设计的声链路同步机制有效地解决了AUV和水面控制船之间的双向链路建立与数据传输工作。基于OMAP-L138双核处理器平台设计与实现了FH-FSK的水声调制解调器的样机,湖上实验结果表明提出的传输控制协议可保证通信节点之间的通信链路随机建立和断开,结果证明所设计的样机稳定、可靠。     

基于无线传感网的水下地形监测系统设计

水库、航道等水域的水下地形测量对安全生产至关重要,针对传统方法采用人工测船周期长、成本高的缺点,设计了基于无线传感器网络的水下地形监测方法.该方法利用自行设计的无线水深测量节点,首先采用二维定位算法计算节点平面坐标,并利用超声波测距传感器获得垂直深度坐标,然后利用所有节点的三维坐标进行曲面拟合,重建水下地形.试验和仿真结果表明：该方法有效可行,具有一定的实用价值.     

水下焊接中V形焊缝的识别

该水下自动焊接系统的视觉系统主要由激光器、滤光片和摄像机组成,其被封装在玻璃盒子中.采用激光作为辅助光源,当玻璃盒子与钢板的距离及玻璃盒子厚度一定,CCD以垂直于焊件位置摄像时,激光器与CCD在同一平面上且夹角为17.4°时拍摄焊件的V形焊缝图像最佳.对水下焊接图像首先进行滤波,再对其进行阈值变换,然后对焊缝进行边缘提取,接着对边缘的灰度值取平均值,得到焊缝的中心线,最后对其进行直线拟合提取到的焊缝特征点,即焊缝的最低点.提出了三种V形焊缝识别方案,通过对图像进行处理得出了其中最好的方案.     

新型水下焊接电源及送丝机构的研究

研究了一种新型的水下焊接系统。系统中孤焊电源输出阶梯型的外特性，送丝系统采用脉动送丝方式。在单片机控制下，脉动送丝波形与外特性同步调控。在停止送丝阶段，单片机夸电源输出电压为峰值，焊丝在此电压下返烧并形成熔滴。送丝脉冲到来的瞬间，电源输出电压切换为基值。熔滴依靠送丝动量向熔地方向前进，最终向熔池过渡，随着焊炬的移动而彤成一道焊缝。实验结果表明，使用这个系统进行气体保护药芯焊丝水下湿法焊接时，电压、电流波形均匀工整，短路过渡频率受控，焊接过程稳定，水下焊缝成形较为美观。     

自治式水下监测机器人的动态性能分析

文章介绍了两种自治式水下监测机器人:垂直运动水下机器人和滑翔运动水下机器人,讨论了它们各自的特点与工作方式.结合水下监测机器人的试验模型,该文对其沉浮阶段的运动过程进行了动力学分析,讨论了它们在垂直剖面上的运动情况,推导了动力学方程.这些对于确定水下监测机器人的各项参数和设计控制器与观测器具有重要的指导价值.     

利用M9进行水下地形测量的应用研究

与常规测量仪器相比,M9具有全天候、高精度、高效率、自动化等优点。该文通过简要介绍River SurveyorM9型走航式ADCP进行水下地形测量的工作原理,结合M9在梧州水文站的应用实例,对M9在水下地形测量方面的应用及其特点进行详细的介绍,验证了利用M9进行水下地形测量的可行性,并对扩展M9的功能进行了初步的探讨,提供了利用M9获取高精度水下地形数据的新思路。     

基于滤波反步法的欠驱动AUV三维路径跟踪控制

研究了欠驱动自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV)的三维空间路径跟踪控制问题.针对基于虚拟向导建立的三维路径跟踪误差模型, 采用滤波反步法设计跟踪控制器,通过二阶滤波过程获得虚拟控制量的导数, 避免了直接对虚拟控制量解析求导的复杂过程, 同时滤除了高频测量噪声, 增加了系统对噪声的鲁棒性.通过设计滤波误差补偿回路, 保证了滤波信号对虚拟控制量的逼近精度.基于李雅普诺夫稳定性理论设计鲁棒项, 保证了闭环跟踪误差系统状态的渐近稳定.仿真结果表明了该控制器对噪声干扰具有一定的鲁棒性, 能够实现对三维路径的精确跟踪.     

基于定向移动的水下传感器网络覆盖算法

覆盖率是衡量无线传感器网络服务质量的重要指标。为提高网络覆盖率,针对水下三维传感器网络模型,提出一种基于定向移动的虚拟力算法。将虚拟力简化为节点只受邻居节点的斥力作用,定义当2个邻居节点的感知圆球相切时,其位置为相对理想位置。节点所受虚拟力大小与节点移动到相对该邻居的理想位置所需移动的距离成正比,而节点移动的距离与节点所受到的虚拟力的合力相关。实验结果表明,该算法能有效地对水下传感器网络的布局进行优化,提高网络覆盖率。     

基于自适应神经网络的AUVs路径跟踪控制

为解决由于随时间变化水动力阻尼引起的参数变化和不确定性的问题,提出了基于径向基函数神经网络的未知评估算法,引入自适应算法以保证神经网络权值的最优评估.基于Lyapunov稳定性理论,设计一种自适应神经网络控制器以保证路径跟踪系统中所有误差状态都趋于稳定.为了验证该控制器的可行性,对系统施加如位置误差、方向误差等虚拟干扰,证明该控制器可将误差消减为零.另一方面,机器人在以恒定的速度行驶时,每个航点被指定一个适合半径的圆弧可以保证其有较高的精度.为了评估路径跟踪控制器的性能,提出直线型和直线加圆弧型路径方案.仿真结果表明,该控制器可以有效地消除机器人非线性和模型不确定性造成的干扰.