基于Jacobi几何向量的多AUV编队控制方法

研究了多自主水下航行器（MAUV）系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发,通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型;结合典型水下航行器全方位智能导器（ODIN）的流体动力参数,将系统模型解耦为3个线性子系统——编队队形、编队运动（即编队中心点的运动）及航行器转向子系统,并采用线性状态反馈法设计了运动控制器和转向控制器。仿真结果表明,该算法可以控制MAUV系统在保持编队队形的基础上跟踪已知路径。     

基于EASY5的AUV热动力系统建模与仿真

在实现水下航行器的智能化,优化弹道,提高技战性能等方面,水下航行器热动力装置采用闭环控制相对于开环控制具有明显的优势。该文以新型多速制燃料流量闭环控制水下航行器热动力系统为原型,研究了基于EASY5的水下航行器热动力系统建模与仿真,建立了仿真对象的数学模型和规范的模块化仿真模型,进行了水下航行器热动力系统设计工况（稳态）、启动过程及变工况的实时仿真。通过将仿真结果与水下航行器台架试验数据进行对比分析,结果表明,所建立的模型较为完整、准确,仿真运行可靠,研究成果满足工程需求。     

基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究

针对对水下大范围工作的水下航行器的定位和跟踪,根据水声测距原理,提出了一种基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪方法。该方法克服了常规长基线定位系统存在校准测量工作量大、工作时间短、仅能实现单水下航行器固定区域定位等缺点。该方法主要是利用安装有同步时钟、GPS和应答器的无人水面船来实现,在时间同步的基础上,由水下航行器发射水声信号,水面船接收到信号后通过声信号传播时延来计算水面船和水下航行器的距离,并结合多个无人水面船利用GPS获得的位置来解算岀水下航行器的绝对位置,从而实现多水下航行器大范围的定位与跟踪。在研究过程中,基于球面交会模型,利用最小二乘方法建立了基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪算法。仿真结果表明,该方法可以较好地实现水下航行器的定位与跟踪。     

美海军UUV使命任务必要性与技术可行性分析

在介绍无人水下航行器发展历史的基础上,从开发成本、技术风险、使用风险和可替代物等方面,详细论述了美国海军2004年无人水下航行器发展主计划中定义的9类使命任务的必要性和技术可行性。最后,从近期技术发展和军事需求出发,对美国兰德公司提出的无人水下航行器7项近期使命任务进行了分析,认为以上任务均合理可行。     

MVDR波束形成在噪声源识别中的应用

为了确定水下航行器主要辐射噪声源的特性,对各噪声源进行量化排序,本文研究了基于阵列信号处理的可应用于水下辐射噪声源识别的最小方差无畸变响应（MVDR）波束形成方法。使用16个水听器组成接收阵列并通过MVDR算法对采集数据进行解算,实现对各噪声源方位和能级的识别。仿真和试验均证明了该方法的正确性和有效性。     

基于人工侧线系统的动载体流场感知

为增强水下航行器的导航和感知能力,通过模拟鱼类侧线在水下航行器中搭建人工侧线系统。介绍鱼类 侧线的功能和人工侧线的国内外研究现状,分析侧线管神经丘的生物模型以及 BP 神经网络算法的原理;将实验和 数值模拟方法相结合,分别收集水下航行器在不同流场环境下的静压数据;通过神经网络算法对流场的流速以及来 流角度进行识别。结果表明：BP 神经网络算法可有效识别流场参数,识别率达到 95%以上。     

UUV靶场试验非同步水下被动声学跟踪算法

在无人水下航行器（UUV）正式投入使用前,需要一系列的海上考核与验收,传统的合作式目标水下测量方法不利于远距离目标航行轨迹的监测。该文提出了一种新的靶场UUV水下跟踪方法,利用全球定位系统（GPS）确定初位置,并利用UUV上的固定连续声学发射频率信息,采用伪线性Kalm an滤波进行UUV运动状态参量估计,对UUV进行了跟踪,给出了运动状态跟踪算法,并进行了仿真研究,研究结果表明,该方法可以很好地跟踪水下UUV的运动轨迹。     

基于Matlab/Simulink的水下航行器建模与仿真

为便于对水下航行器的运动弹道和运动控制进行计算机仿真,建立一种基于Matlab/Simulink的水下航行器模型。利用矢量化建模方法,给出水下航行器6自由度空间运动数学模型,详细论述Simulink建模过程和S函数的实现方法,并应用所建立的Simulink模型,对水下航行器的开环运动、操纵性以及闭环运动控制相关问题进行仿真。仿真结果表明,该系统符合水下航行器的实际运动规律。     

视景仿真中的远程水下航行器坐标变换实现

随着远程水下航行器的出现,仅选用地面坐标系作为惯性系已不能满足精度要求。考虑地球曲率的影响,推导出水下航行器常用坐标系的方姿数据转换公式;并针对目前水下航行器与视景仿真之间坐标体系不匹配的问题,提出了用图形组合变换的方法实现AUVs解算方姿在视景通道中正确显示以及在不同坐标系下同步显示的功能。文中提出的坐标变换仿真方法具有一定的通用性,也可应用于其它远程UUVs、鱼雷等水下航行器的视景仿真建模,并且是开展水下航行器定位、路径规划等研究的有效手段。     

水下航行器多推进器动力定位控制

主要研究远程低速水下航行器在大攻角和大侧滑角情况下不依靠舵而仅依靠垂推和侧推来实现动力定位,通过对水下航行器应用非线性控制方法实现水下航行器在纵平面内的爬潜定位和水平面内的旋转定位。分别建立水下航行器在攻角和侧滑角为90。的纵向和侧向在有2个垂推和2个侧推情况下的非线性运动模型,选用变结构控制方法进行控制,仿真并得到比较理想的效果。     

一种基于单移动GPS智能浮标的AUV导航方法

针对传统全球定位系统（GPS）辅助自主式水下航行器（AUV）导航的局限性,给出了一种基于单移动GPS智能浮标（GIS）的自主水下航行器（AUV）导航方法。利用超短基线（USBL）原理设计了AUV导航天线,通过该导航天线测量GIS与天线上水听器间的角度和距离,并由两者的向量关系和GIS的坐标位置导出了系统的量测方程。应用标准卡尔曼滤波（KF）解算水听器的坐标,进而求得AUV的位置坐标。仿真结果表明,该导航方法能较好地克服GPS在水下导航中的局限性,具有机动性好、隐蔽性强等优点,研究成果有望为AUV远程精确定位、路径规划和多AUV协同导航等方面提供理论基础。     

AUV前视声纳模拟及避障研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega,在虚拟环境下模拟自主水下航行器的避障过程,在HP工作站上开发了自主水下航行器避障视景仿真系统,提出了一种前视声纳的仿真方法,利用Vega提供的碰撞矢量函数和自定义的Volume碰撞方式,模拟前视声纳的功能,并利用声纳所测得障碍物的数据实现了虚拟环境下自主水下航行器的避障。仿真结果表明,该视景仿真能够使仿真系统更加逼真和接近于实际情况,并且满足系统仿真的实时性要求。     

虚拟环境下自主水下航行器的避障研究

为了在虚拟环境下模拟自主水下航行器的水平面避障过程,基于软件平台MultiGen Creator和Vega,在HP工作站上开发了自主水下航行器避障视景仿真系统。提出了一种前视声纳的仿真方法,利用Vega提供的碰撞矢量函数和自定义的Volume碰撞方式,模拟前视声纳的功能,并根据声纳所测得的障碍物相对于自主水下航行器的位置关系设计一个模糊推理系统来求解其避障角度,实现了虚拟环境下自主水下航行器的水平面避障。仿真结果表明,该视景仿真能够使仿真系统更加逼真和接近于实际情况,并且满足系统仿真的实时性要求。     

水下航行器INS/GPS/DVL组合导航方法

针对自主水下航行器（AUV）受水下环境的局限难以提高导航性能的问题,提出了一种融合多传感器信息的INS/GPS/DVL组合导航方案,利用分散化滤波中的联邦Kalman滤波来实现AUV组合导航方案,通过动态信息分配系数优化了各子系统的导航信息,增强了AUV的导航性能。仿真结果表明,该方案充分提取了导航传感器的信息,有效地提高了AUV的导航精度和水下定位能力。     

AUV回收技术现状及发展趋势

基于当前AUV技术的发展形势及应用领域阐述了AUV回收的背景及意义,介绍了国内外AUV回收技术现状,并主要针对最新的自主回收技术,分析了其相关力学、控制以及导航等关键领域中的技术难点和理论方法,概括了相应的解决思路,探讨了AUV回收技术的发展趋势。     

一种水下航行器轨迹发生器的设计与仿真

为了减少水下航行器（AUV）导航系统算法开发过程中跑车试验及半实物仿真等所耗费的资金和时间,提出一种水下航行器轨迹发生器的设计方法。利用所给出的轨迹微分方程,反推得出生成轨迹参数公式和惯性信息公式,同时给出水下航行器在直航、转弯和爬潜等常见的运动状态下轨迹发生器的具体输入,并将生成的惯性量测值（加速度和陀螺值）输入捷联式惯性导航算法。验证结果表明,利用所设计的轨迹发生器可以为研究导航算法提供模拟的数据,具有工程实际意义。     

虚拟现实在AUV地形跟踪控制研究中的应用

基于软件平台MultiGen Creator和Vega开发出自主水下航行器（AUV）地形跟踪虚拟仿真系统,详细描述了系统软件的选择、模型的创建、虚拟海洋地形和环境的生成以及地形跟踪控制策略的设计与实现,研究了虚拟现实技术在AUV地形跟踪中的应用。仿真结果表明,该系统能精确模拟现实环境中的环境交互功能,逼真演示AUV地形跟踪的动态过程,为将来的AUV避碰控制和协同控制仿真提供了参考。     

一种基于量测伪距的EKF移动长基线AUV协同导航方法

在移动长基线(MLBL)定位中,由于水声信号在水中传播速度较慢,以及被定位AUV的白身运动,导致AUV与不同浮标的距离是在不同时间不同位置测量产生的,所以应用移动长基线会产生一定的时间延迟定位误差.本文针对该定位误差,提出了一种基于量测伪距的EKF移动长基线时间延迟算法,该算法利用扩展Kalman滤波,通过对AUV的位置状态的前推,重构了系统的量测方程,实现了量测方程同系统的量测量在时间上的一致性,有效地解决了时间延迟产生的误差.理论分析与仿真结果均表明,该方法可以显著提高导航定位精度.     

采用三次谐波积分法的AUV无传感器永磁无刷直流电机起动方法

为降低电机制造成本,简化电机结构,实现自主式水下航行器（AUV）的稀土永磁无刷直流电机（BLDCM）无位置传感器控制,该文分析了BLDCM应用于AUV的特点,介绍了三次谐波积分法的工作原理及获取方法。通过测量电机的三相电压来确定逆变器功率管是否导通和导通顺序;通过三次谐波积分信号和直流电压计算转速,确定逆变器初始起动占空比和功率管换相时刻。仿真结果表明,采用该起动方法的三次谐波积分控制可以满足AUV永磁无刷直流电机的无传感器控制。     

洋流影响下基于单领航者的多AUV协同导航

自主水下航行器（AUV）的协同导航是海洋工程研究中的重要问题,洋流估计是其中的主要难点之一。该文基于＂未知定常＂的洋流特性假设,结合单通信和导航辅助AUV（CNA）领航的协同定位原理,建立了洋流干扰下多AUV协同导航的定位转移损失函数。利用损失函数极小化方法给出了协同导航的定位最优估计准则,借助该准则得到了洋流误差估计和协同导航算法,实现了对AUV较为实时精确的定位。仿真结果表明,该算法能够较好地解决定常洋流作用下的多AUV协同导航问题,且定位精度较高,实时性好。研究成果有望为多AUV系统总体设计、导航路径规划及跟踪等方面提供理论基础和研究手段。