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。     

美海军无人作战平台现状及发展趋势分析

概括介绍了无人机、无人水面艇、无人潜航器和无人地面车等美海军无人作战平台的发展现状,从着重强调火力打击能力、进一步增强平台自主性、逐步向协同作战方向发展等方面分析了美海军无人作战平台的发展趋势。     

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.     

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。     

水面无人艇的抗追捕-逃跑策略

针对美国海军的“蜂群”水面无人艇战术,本文研究了水面无人艇在受到多艘敌艇追捕情况下的逃跑路径规划问题。在多障碍物环境模型下,考虑水面无人艇的实际体量和操纵性能约束,提出了一种基于阿波罗尼奥斯圆和安全裕量的敌方水面无人艇威胁区域建模方法。根据威胁区域确定了水面无人艇的被包围状态集和抗追捕-逃跑策略集,并通过两个集合之间的映射关系自主调整逃跑方向。仿真结果表明本文的策略能有效避免我方水面无人艇被敌方捕获,对提高水面无人艇的环境适应性和自主性具有积极意义。     

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.     

基于视觉信息的微型无人直升机位姿估计

采用基于视觉信息的姿态估计方法对微小型无人直升机位姿估计进行了研究.在分析视觉信息与直升机运动关系的基础上,可以看出,稳定解算航拍图像序列之间的单应矩阵是整个方法的关键.而解算单应矩阵需得到序列图像之间的特征匹配点.为了获得稳定的、抗噪性强的同平面特征匹配点,方法采用了基于尺度不变特征变换(SIFT)算法和基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的匹配策略.在一套真实的微型无人直升机系统上的实验证明,通过该方法得到的位姿信息可以达到无人直升机自主飞行所需的精度要求.     

“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。     

基于自抗扰控制的水面无人艇路径跟踪控制器

针对欠驱动水面无人艇非线性系统,设计了一种参数在线优化的路径跟踪自抗扰控制器。对包含不确定动态的水面无人艇数学模型和参数化路径引导方法做了简要的说明,并引入一种基于混沌局部搜索策略的双种群遗传算法,对自抗扰控制器的参数进行在线优化。通过不同条件下的仿真试验结果说明,本研究设计的路径跟踪控制器对海洋环境的不确定动态、未知扰动以及模型的参数摄动具备良好的稳定性和鲁棒性。     

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.     

水面无人艇运动目标检测技术研究

水面无人艇作业过程中,运动目标是其重要的信息参考来源。为了提高水面运动目标检测效率,研究了多种运动目标检测方法。在此基础上,研究了一种有效的水面无人艇动态目标检测方法。首先,以改进的高斯差分对图像进行处理。其次,结合三帧差分法的原理对图像进行运动目标检测。最后,利用数学形态学原理对运动目标进行更好的提取。实验结果表明,该算法可以较好地进行运动目标检测,且算法复杂度低,易实现。     

多波束测深声呐自主数据质量监测及门限控制

为满足水面无人艇等海洋无人平台的需求,确保多波束测深声呐系统在无人监控和参数调节下具备可靠自主工作能力,本文提出一种数据质量在线监测及门限参数控制方法。通过建立基于质量和异常因子的监测模型,结合粒子滤波技术,提高海底地形跟踪门限控制抗差性。仿真和湖上试验显示该方法能判定数据有效性、适应地形变化,并提供合理深度门限,适用于多波束测深声呐系统的在线数据质量监测和无人自主控制。     

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。     

微型无人直升机姿态测量系统设计与实现

为补偿载体运动加速度对基于加速度计和磁传感器的低成本姿态测量系统造成的影响,将GPS速度差分得到的运动加速度信号引入到比力矢量观测方程.通过构建线性虚拟观测方程,将带观测滞后的非线性系统滤波问题转换成带时间相关测量噪声与状态相关噪声的线性系统滤波问题,同时给出了相应的线性Kalman滤波算法并将该算法应用于微型无人直升机的姿态测量系统.实验结果表明,该姿态测量系统可有效减小运动加速度的影响,显著提高机动环境下无人直升机飞行姿态的测量精度.     

水面无人艇运动控制系统建模与仿真

建立三自由度运动Abkowitz非线性无人艇运动模型,并对此非线性模型进行线性化,分析无人艇受到海浪干扰下的运动状态,采用Matlab中仿真工具Simulink对无人艇运动控制系统的进行仿真,给出了最后仿真实验结果。仿真结果表明,所建立的模型与实际无人艇的运动规律相符合,使用此模型可以非常方便地进行无人艇运动控制规律的研究。对无人艇运动控制仿真与研究具有实际意义。     

船艇

国内首艘无人艇通过专家评审青岛北海船舶重工有限责任公司与上海大学、上海海事局联合开发、自行设计研制的我国首艘无人艇——水面无人智能测量平台工程样机顺利通过了由交通运输部海事局组织的专家评审。该无人艇的研制成功为今后我国无人艇的发展和生产奠定了基础,也     

小型无人直升机分层混杂控制系统

基于分层简化思想和混杂系统理论,设计了具有三层结构的小型无人直升机混杂控制系统：下层的运动控制层是由多个不同形式的单模态控制器构成的连续动态系统,每个控制器对应于直升机的一个飞行模态;中间的动作规划层进行多个单模态控制器之间的稳定切换,并给出直升机的飞行参考轨迹;上层的飞行调度层根据状态信息产生离散事件,发出控制器调度指令.采用分层混杂控制系统的小型无人直升机,在实际应用中完成了三维空间内的矩形航线飞行,实际飞行数据验证了控制系统的有效性.     

美国海军研究实验室成功完成无人水面艇机器人加油试验

据防务述评网站2012年3月22日报道,美国海军研究实验室（NRL）航天器工程部（SED）近日成功地从一处固定平台对美国海军“海狐”无人水面艇进行了机器人加油试验。     

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.     

无人平台自主探测声呐的发展现状和展望

无人平台已成为各国海军竞相发展的领域,而自主探测声呐作为无人平台的"耳目",是其完成水下作战任务的前提。本文概述了国内外无人平台自主探测声呐的发展现状,对国外主要的无人水面平台、水下平台的自主探测声呐系统进行了介绍,并以"基于矢量水听器阵的无人平台远程主被动自主探测系统"为例,给出了具体应用,介绍了静态目标、运动目标以及主动工作模式下的外场试验结果。最后从智能化、模块化、协同化、编队化4个方面展望了无人平台自主探测声呐的未来发展趋势。