改进蚁群算法解决 UUV 集群任务规划问题

针对水下无人航行器(UUV)集群在有限续航力和负载约束条件下求解广泛且稀疏分布区域勘察任务规划问题时常规 算法存在收敛性差、解质量不高的不足,提出了一种改进的蚁群优化算法。 首先,通过分析个体 UUV 平台能力和集群任务的约 束条件,建立 UUV 集群任务规划的约束模型和优化模型;其次,基于任务点间距离与平均距离之差设计初始信息素浓度的非均 等分配方法,提出优化模型的最佳与最差阈值对蚂蚁进行分类并对应完成信息素更新,在状态转移规则中创新加入可随迭代进 程动态改变的“引力系数”来增加算法前中期次优节点被选中的概率;再次,设置对照统计实验完成算法优化项的有效性分析, 依据最优解出现的次数和平均收敛值优化算法参数;最后,以经典文献案例仿真,对比分析基本蚁群算法、精英蚁群算法与提出 算法,相较于前两种算法,算法在 50 次统计实验中找到近似最优解的百分比分别提升 78% 和 66% ,平均在第 40 代实现收敛,表 明出很好的全局寻优能力和收敛性能。 通过设计具有一定规模的 UUV 集群任务规划典型案例,验证了算法求解 UUV 集群广 泛且稀疏分布区域任务规划问题的快速性和有效性。     

欠驱动水下航行器三维直线航迹跟踪控制

针对欠驱动水下航行器的三维直线航迹跟踪控制问题,基于虚拟向导建立了三维航迹跟踪误差模型,采用反馈增益反步法设计航迹跟踪控制器,通过合理选择控制器参数消除了部分非线性项,与传统反步法设计相比简化了虚拟控制量的形式,并且能够避免基于视线法设计导引律时存在固有奇异值点的问题.基于李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环跟踪误差系统的渐近稳定性.最后将设计的控制器应用于欠驱动水下航行器进行仿真实验,结果表明控制器具有精确的三维航迹的跟踪能力,并对外界干扰和模型参数不确定性具有较好的鲁棒性.     

基于Linux内核防火墙Netfilter的安全应用的设计方法

本文在分析netfilter处理数据包过程的基础上,给出了在系统空间和在用户空间开发基于Linux内核防火墙netfilter安全应用的设计方法。     

基于模糊自适应Hough变换的海洋环境特征提取

针对海洋环境中特征提取难度大、效率低等问题,设计了基于模糊自适应Hough变换的海洋环境特征提取方法.通过建立成像声呐观测模型,对声呐数据进行预处理并剔除野值;将声呐坐标系下的测量数据转化为全局坐标系下,并提取环境的全局特征;根据梯度方向信息,模糊化处理声呐数据点,采用极小极大模糊推理评判数据点属于某条直线特征的可能性,自适应选择参与投票的数据点.基于海试数据的试验结果表明:该方法能够从伴有噪声、混响、反射的声呐数据中准确地提取港口环境的线特征,并且模糊自适应Hough变换特征提取的投票数目与计算时间分别为传统Hough变换的32.5％和26.1％,表明模糊自适应Hough变换具有存储空间小、计算效率高、实用性强等优点.     

具有PID反馈增益的自主水下航行器反步法变深控制

本文针对海底地形测绘时自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)的变深控制问题,提出具有PID增益调节的AUV深度控制方法,基于反馈增益的反步法设计控制器,避免了采用传统反步法导致控制器中存在虚拟控制量的高阶导数问题;基于李雅普诺夫稳定性理论设计控制器参数消除了部分非线性项,得到的控制器的线性部分为状态变量的线性组合,具有PID控制器参数调节的形式;针对存在建模不精确、外界干扰和测量噪声时的闭环系统鲁棒性进行分析,保证了误差系统在扰动作用时的一致最终有界性.最后通过仿真实验验证了本文设计的控制器的有效性.     

基于粒子群优化的同步定位与地图构建

针对基本FastSLAM算法的样本枯竭、估计精度下降等问题,提出了一种基于多样性启发因子的粒子群优化FastSLAM算法.利用粒子群搜索寻优重新分配粒子,使粒子的表示更加接近于真实的后验概率分布,并且采用粒子集多样性测度作为启发因子,引导粒子优化搜索过程,确保群体多样性水平最优,减轻粒子退化现象,驱动粒子集向后验概率较高的区域运动.对所提出的算法进行了仿真实验,验证了算法的可行性和有效性.仿真结果表明,该算法能够改进样本枯竭问题,并能够获得较高的定位精度、地图构建精度及较好的滤波估计稳定性.     

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.     

AUV半实物仿真系统的可信度研究

AUV半实物仿真系统是用于在实验室阶段研究AUV各种控制算法的半实物仿真系统。本文应用可信度研究中最基本的方法一相似理论法，时AUV半实物仿真系统的可信度进行了评估．通过计算验证了系统模型的可信性，同时为模型算法的修正和控制算法的验证奠定了良好的基础。     

全向驱动电动轮系统研究

全向驱动电动轮采用四轮独立驱动和转向控制,主要由电动轮模块、平衡模块、控制模块等组成。电动轮采用模块化设计理念,具有结构合理、行驶灵活、灵巧实用等特点。平衡模块使车辆无论在什么路况下行驶时始终保持底盘的水平平衡状态,提高车载系统的稳定性。同时,该电动轮采用无刹车制动技术,可以通过调整各轮的转向角度控制驻停,使制动系统变得简单,安全性高。