基于改进人工鱼群算法的无人艇控制参数优化

针对欠驱动无人艇控制系统的参数优化问题,基于改进人工鱼群算法,提出了一种非线性控制系统的参数优化策略。首先考虑了人工鱼群算法存在的求解精度低、盲目搜索、收敛缓慢等问题,提出了一种改进人工鱼群算法。然后分别以最小跟踪误差、最小能量消耗为性能指标,利用改进的人工鱼群算法,对欠驱动无人艇的跟踪控制器进行参数优化。数值仿真试验结果表明:无人艇实现了对期望轨迹的跟踪,并具有良好的控制性能,试验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

一种基于图像细化的无人艇路径规划改进算法

针对传统路径规划算法应用于智能无人艇时,存在路径与障碍物贴合太紧和算法速度太慢的不足,提出一种基于图像细化的无人艇路径规划算法,具体是将Rosenfeld细化算法与A*算法进行融合,同时使用视线算法(Line-ofSight)对路径进行优化。通过实验对文中算法和传统A~*算法进行了3个方面的测试对比,实验表明:文中算法在路径中关键转折点个数没有增加的条件下,保证了路径的安全性,同时还提高了算法速度。     

基于改进PSO-GWO算法的无人艇路径跟踪控制系统研究

随着海洋经济的迅猛发展,水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle,USV)的重要性更加显著。由于无人艇本身具有非线性不确定性和欠驱动的特点,在航行过程中易受到风、浪等环境因素的干扰,使得未知扰动下USV的路径跟踪控制问题非常困难。将无人艇路径跟踪控制分解为对USV航向的控制和导引策略的设计两个问题。首先采用由粒子群算法改进的灰狼算法(PSO-GWO)对自抗扰航向控制器的相关参数进行在线整定,降低了传统自抗扰控制器参数调整的复杂度;再设计LOS导引策略计算期望航向角,实现对USV的路径跟踪控制。经Matlab仿真实验验证,所设计的系统能实现对航向角的快速稳定跟踪,具有很强抗干扰能力;USV在给定航行速度下能以较短路径到达期望的直线路径和曲线路径,跟踪精度高。     

基于粒子群优化算法的水面无人艇分层局部路径规划

基于粒子群优化算法,将无人艇的局部路径规划分为静态障碍物避障和动态障碍物避障两个层面。首先确定了粒子群优化算法中相关参数取值和适应度函数,对障碍物进行基于极坐标系下的圆形和有向包围盒建模。然后利用启发式知识对粒子进行初始化,加入路径平滑优化处理方法实现第1层路径规划——静态障碍物的避障。然后结合相关海事规则实现第2层路径规划——动态障碍物的避障,并通过两个层次的规划得到无人艇规避障碍物的最优路径。最后通过仿真实验验证了文中算法的可行性和有效性。     

水面无人艇航迹规划算法设计与仿真

针对水面无人艇在复杂多变的海洋环境下,其航迹实时规划难度较大的问题,提出了一种基于简单模型的无人艇航迹规划算法。根据由电子海图获得的静态障碍物信息,建立航行海区的全局静态环境模型,再利用粒子群优化算法进行全局航迹规划得到参考航迹;当无人艇沿着参考航迹航行时,建立基于雷达探测的局部动态威胁模型,并按提出的动态威胁规避策略实时调整航行轨迹。仿真结果验证了该算法的可行性,提高了水面无人艇对海洋环境的适应性,可得到比较理想的航迹路线。     

应用改进随机树算法的无人艇局部路径规划

针对无人艇航速高及实时性要求高的特点,为满足路径规划需要,在经典快速扩展随机树(RRT)算法的基础上,设计一种基于改进RRT算法的局部路径规划方法,引入抑制因子、限定转角和距离启发信息,改进生长点和探索点的选择,提高了算法速度.为兼顾航行距离最短和无人艇操控性能的特殊要求,对规划路径采取多余航点处理以及考虑回转性能的平滑处理.以海上和湖上典型雷达图像的处理结果为环境模型,进行局部路径规划试验.试验结果表明:该方法可以快速完成路径搜索,在提高搜索效率的同时缩短了规划距离,优化处理后的航线更适用于无人艇的跟踪,满足无人艇规划系统的要求.     

复杂海况下水面无人艇路径算法优化设计

为解决复杂海况下水面无人艇自主航行算法设计问题,根据复杂的动力学耦合机理,建立无人艇非线性动力学模型并进行精确识别.研究在风浪流等外界复杂环境干扰波动下的无人艇航行算法优化问题,优化设计一种基于双惩罚函数的无人艇路径遗传算法.通过仿真实验验证,该算法具有精确程度高、适应范围广、智能化水平高的特点,能为无人艇算法研究提供参考.     

无人水面艇目标图像自适应分割算法

针对水面目标与海天背景对比度变化大、景深差异明显的特点,提出一种改进的自适应Mean-Shift图像分割算法．首先通过估计参考点领域灰度值分布,自适应地得到空间域带宽,然后结合叶斯准则,自适应计算空间窗内灰度域带宽,实现目标与背景的自适应分割．分别抽取水面艇视频图像中,目标远、近距离以及清晰对比度不同的视频帧进行仿真测试,与传统分割算法对比研究,结果表明该算法可以有效实现水面目标图像分割．     

基于量子蚁群算法的无人水面艇航迹规划

针对无人水面艇的航迹规划问题,本文采用了量子蚁群算法在海洋环境中为无人水面艇规划出一条航程最短、航行能耗最低和能够安全避障的航迹。量子蚁群算法既能体现量子并行计算的高效性,又拥有蚁群算法中较好的寻优能力。仿真实验结果表明:该算法能够避免局部极值和拥有比蚁群算法更快的收敛速度,并可以规划出无人水面艇在复杂海洋环境中的优化航迹。     

无人艇载雷达视频无线传输技术研究

雷达视频数据量大,更新频率高,传输带宽占用量大.无人艇(USV)岸艇数据传输带宽有限,传输信息种类多、数量大.在无人艇使用过程中,雷达视频是岸基操作人员安全航行保障、交战对象搜索确认等不可或缺的支持信息,然而岸艇数据互通带宽资源的紧缺和雷达视频的大信息传输需求之间的矛盾必然存在.本文根据雷达探测成像原理,对雷达视频进行...     

“海星”无人水面艇

欧洲航空防务系统公司设计研制出用于侦察与监视、部队保护、电子战等的“海星”无人水面艇。     

水上无人艇目标跟踪控制方法研究

水上无人艇(USV)在浅水和海洋作业中发挥着越来越重要的作用,为使水上无人艇能够更快、更自主、更灵活地执行任务, USV需要适当地设计一个控制系统.本文针对无环境干扰下的水上无人艇自主跟踪问题,在估算航向角的基础上提出了一种模型预测控制(MPC)的方法,可将问题转换为二次规划问题,该方法能快速稳定地实现目标点跟踪.仿真实验结果表明该方法优于LQR控制方法.     

基于雷达图像的水面无人艇目标检测技术

针对水面无人艇雷达目标探测问题,进行了嵌入式雷达图像采集处理系统的研究.提出了嵌入式雷达图像采集处理系统的体系结构.在提取目标位置信息的基础上,选择目标的位置、面积、不变矩特征,完成目标在雷达图像序列中的匹配,实现目标跟踪.针对雷达图像序列中偶有目标丢失的问题,利用卡尔曼滤波预测目标位置信息,帮助建立完整的目标链.最后通过海试验证了所设计的嵌入式雷达图像采集处理系统的可行性,试验表明所提出的图像处理算法、目标的特征匹配和卡尔曼滤波预测算法可以有效的完成目标的检测和跟踪.     

水面无人艇协同仿真平台设计方法

针对水面无人艇仿真的实际应用,引入协同仿真技术,提出了水面无人艇协同仿真框架和配套的开发方法.阐述了该平台的体系结构和信息流程,对运动控制的协同仿真模型进行了说明,在建立的仿真系统中进行了航线跟踪和自主航行的仿真试验,验证了协同仿真框架及开发方法的可行性和正确性.该协同仿真平台克服单一模型难以精确描述非线性关系的问题,在一定程度上提高仿真可信度,对保障海试的顺利进行具有重要的价值.     

无人艇自适应路径跟踪控制器的设计与验证

针对航行环境和船速变化下的无人艇路径跟踪控制问题,本文提出了一种基于变增益内模控制方法的无人艇自适应路径跟踪控制器。结合状态空间型船舶线性数学模型、差分GPS和电子罗经的数据实现对无人艇操纵响应模型的在线参数估计;建立基于变增益内模控制方法的无人艇艏向控制器,并根据计算出的无人艇操纵性指数在线调节控制器的参数;利用Line-of-Sight(LOS)制导算法设计并实现无人艇的自适应路径跟踪控制器。实船实验结果表明:在实际的航行环境中,该自适应路径跟踪控制器具有良好的控制性能。     

美国无人水面艇技术发展动态

为加快无人平台技术的发展．美海军除对无人水面舰艇进行总体设计之外．还专门研究无人水面艇稳定、导航和避碰的关键技术。这些关键技术是在舰载直升机甲板运动预报系统的基础上．结合直升机及水下无人航行器的导航和稳定系统开发的。通过处理雷达和甲板运动数据．指挥无人水面艇的推进装置和姿态控制系统作出反应．从而改变无人水面艇的稳态或航向。     

海洋环境下欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法

为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,并基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,航迹跟踪控制系统为一致全局渐近稳定的.与传统的视线导引算法相比,改进的导引算法通过引入自适应观测器能够实现对漂角的实时估计和补偿,同时时变前视距离的设计使得无人艇的操纵更加灵活.以\"海鲟03号\"无人艇操纵运动模型和辨识得到的参数为基础,在MATLAB/SIMULINK软件上进行了航迹跟踪对比仿真实验,仿真结果表明:相比传统LOS导引策略下的航迹跟踪算法,控制算法动态性能更高且稳态误差较小,验证了算法的有效性和先进性;利用\"海鲟03号\"无人艇对所提出的控制算法进行了海上试验,结果表明在航迹跟踪控制算法的作用下,无人艇能较为准确地跟踪预先设定的期望航迹,且在整个航迹跟踪过程中,航迹误差相对较小,验证了该算法在实际工程应用中的正确性和有效性.