基于人工势场法的微小型AUV避障运动方法研究

人工势场法算法简单、易实现,且易与环境形成闭环控制,适合计算能力偏低的微小型AUV使用,但传统人工势场法进行避障运动研究时往往忽略AUV本身特性约束。对有障碍物威胁环境中的AUV避障运动进行了研究,通过添加AUV本身特性的影响,对传统人工势场法进行改进,建立了一种基于人工势场法的微小型AUV避障算法。通过对AUV的避障运动进行仿真试验,得到了各时刻AUV的空间位姿、运动轨迹以及速度航向变化,验证了该方法的可行性。     

人工势场和虚拟结构相结合的多水下机器人编队控制

传统的多水下机器人（AUV）编队算法,例如领航跟随法、虚拟结构法,对编队形成过程中AUV间的避碰问题和编队行进过程中的避障问题,没有进行有效解决。人工势场法可利用势函数进行避碰、避障,但队形组织能力略显不足。针对上述问题,提出了一种人工势场和虚拟结构相结合的多AUV编队控制算法。将系统分为3个部分：编队参考点、虚拟结构质点和AUV. 以编队参考点为中心形成期望的虚拟结构以组织队形;虚拟结构质点以期望的虚拟结构为运动目标,并在运动的过程中,通过人工势场斥函数,实现避碰和避障;AUV对虚拟结构质点进行目标跟踪,从而渐进形成AUV的队形。通过编队路径跟踪、编队队形变换和编队避障等一系列仿真实验,对算法的可靠性和灵活性进行充分验证。实验结果表明：在随机的初始位置条件下,多AUV系统可以快速无碰撞地形成队形;在编队行进过程中进行灵活的队形变换,并对障碍物有效避碰。     

多AUV编队协调模糊控制策略

针对海域不同障碍环境,从运动学特性出发,提出了一种多自主水下航行器(AUV)编队避障策略.该策略是在领航-跟随法的基础上,利用编队队形的几何关系,引入虚拟AUV,再采用模糊控制避障策略,使编队能顺利通过障碍物,到达目的地.同时该策略有很好的柔性性质,能够根据障碍环境信息的不同,编队系统能保持初始编队队形运动或者适时改变编队队形运动.仿真结果表明,该策略能有效引导AUV编队系统避障.     

事件触发的多AUV编队模型预测控制算法

针对复杂环境中自治水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)编队的避障控制问题,提出一种基于事件触发的模型预测控制(model predictive control,MPC)算法。建立水下机器人运动模型,结合领航-跟随式队形控制方法,利用领航AUV的位置信息和编队期望队形得到虚拟AUV的航行轨迹及速度信息,将其作为跟随AUV的航行参考轨迹;对传统人工势场法(artificial potential field,APF)进行适应性改进,以满足AUV编队在障碍物环境中避障规划的需求;设计一种基于跟随AUV轨迹预测值与实际值误差的事件触发机制来减少求解优化问题的计算量,降低计算负担。结果表明：与其他算法相比,该算法仿真结果具有可行性和有效性。     

障碍物环境下的多AUV主从式编队控制

针对当环境中存在障碍物时,Leader-Follower编队控制中的Follower可能会与障碍物相撞的问题,提出了一种障碍物环境下的多自主水下航行器（AUV）主从式编队控制方法。首先,提出了一种通过改变AUV编队目标点的避障方法,并对其进行数学模型的建立和解析。然后,在Leader-Follower编队控制中,基于级联方法,研究了欠驱动AUV的编队控制问题。将Follower跟踪系统分解为相互级联的位置跟踪系统和航向角跟踪系统,推导出保证系统全局一致渐近稳定的控制参数。仿真结果表明,该方法具有良好的避障和编队控制效果,控制设计可以保证闭环系统渐近稳定,是有效的和可行的。     

基于ADAMS仿真的自主水下机器人入坞碰撞分析与导向结构优化研究

结合自主水下机器人(AUV)于千岛湖水下对接试验,对自主研制的水下对接装置导向性能进行研究。在分析AUV水下受力状况和接触碰撞参数基础上,建立AUV入坞碰撞过程的ADAMS物理仿真模型,通过比较试验结果和仿真结果中AUV姿态和前向速度的变化,验证仿真模型的有效性。从AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面分别探讨凸形罩、锥形罩和凹形罩3种典 型导向结构的导向能力,分析对比仿真结果,对导向罩母线曲率进行改进设计与优化、得到S形罩。 多次仿真发现：在AUV入坞姿态相同条件下,S形罩能够调整的AUV入坞偏距最大为100 cm,比凸形罩提高20 cm;S形罩能够调整的AUV入坞偏角最大为22°,比凸形罩降低1°;但S形罩产 生的碰撞力和AUV入坞时间都有所下降,调整AUV运动趋势效果明显改善。在水池对凸形罩和S形罩分别进行AUV入坞偏距和AUV入坞夹角两方面试验,结果表明S形罩的导向性能有明显改善。     

双领航多自主水下航行器移动长基线定位最优队形研究

基于距离量测提出了多自主水下航行器 (AUV) 移动长基线定位系统,融合内部与外部传感信息进行从AUV水下定位。针对定位系统中AUV队形对定位性能造成的影响,基于Cramer-Rao下界(CRLB) 和Fisher信息阵(FIM) 建立了多AUV移动长基线定位系统定位性能评价函数,通过评价函数极大化实现定位性能最优化。重点研究了双领航者定位系统的最优队形,其最优队形为两个领航AUV与从AUV以90°分离角相对运动,且最优队形与AUV间的距离无关。仿真实验分别从间距及分离角两个方面对结论进行了验证。     

反水雷AUV研制的几个关键技术

对国内外反水雷AUV的发展概况进行了论述,指出我国发展反水雷AUV过程中将会遇到的图像处理及目标识别、声呐探测、新型能源、高精度导航定位、AUV隐身、掩埋水雷探测、AUV组网、UUV潜布等关键技术,并对这些关键技术的作用和解决途径进行了论述。     

无人水面艇自主部署自主水下机器人平台技术综述

自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)作为组建海底空间站和观测网的重要工具,在近30年间,其相关技术蓬勃发展,逐步由单体控制向多海洋平台协同协作方向发展,其中利用USV自主布放回收AUV成为新的研究热点。综述了基于USV对AUV进行动态部署平台的最新进展;基于系统学观点从拖曳稳定性、拖曳动对接准确性和拖曳对接快速性3个方向来阐述USV部署AUV平台关键技术的研究和应用现状,总结了提高部署平台拖曳稳定性的措施,并对USV自主部署AUV平台的研究方向和研究重点进行了展望。     

海流环境下AUV 航行偏移影响研究

针对不同海流环境会对自主式水下无人航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)航行船位产生不同程度偏移的问题,构建一种海流环境下AUV运动模型,并基于海流区内AUV航行船位距离偏移及船位方位偏移评价指标,分析海流环境对AUV航行偏移的影响规律。结果表明：当海流流向或流速达到一定量值时,对AUV航行船位的距离和方位偏移影响陡然增加;相比海流流向,海流流速对AUV船位偏移影响更为直接;不同方向及大小的海流在一定情况下会对AUV航行船位偏移产生一致的影响;通过设置AUV船位偏移阈值,可为AUV航路规划提供辅助决策,避开存在相应海流阈值的海域,从而提高AUV对武器、装备及物资的远距离精准投送能力。     

基于系统论方法的AUV测试系统

随着自主式水下机器人（AUV）实现功能日趋复杂,对其研究引起了人们的极大兴趣,但传统的测试手段已不适应现代的复杂系统。本文简要介绍了开放的复杂巨系统的基本概念,并从系统学的角度出发,提出了一个新的AUV测试系统。该测试系统是一个能够对AUV的体系结构以及编队协同等进行演示验证的实时半实物仿真系统,是开展AUV研发的有效手段。给出了基于web的测试系统的研究模型与总体框架,并对AUV实时仿真模块进行了深入剖析。远程AUV测试系统的采用为提高安全性以及减少试验成本与研发周期提供了有效的解决途径。     

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

针对单领航自主水下航行器(AUV)协同导航系统对定位精度和实时性的要求,提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法.通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型,结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息,利用扩展的Kalman滤波(EKF)导航算法实现对从AUV的定位估计.与已有的...     

国外自治水下机器人发展现状综述

从上世纪90年代中期以来, 自主式水下航行器(AUV) 在海洋科学调查以及军事领域得到越来越广泛的应用。本文阐述了现阶段国外AUV的发展现状, 首先介绍了它在水雷搜索、冰下探测以及水下作业中的最新应用, 接着对AUV的能源、水下承压与密封以及控制与导航等技术现状进行了概括。     

变缆长拖缆AUV纵向运动建模与仿真

针对拖缆自主水下航行器（AUV）运动过程中引起的拖缆长度变化问题,采用集中质量法建市了拖缆的运动方程,根据刚体动量定理及动量矩定理建赢了拖缆AUV的纵向运动方程,在此基础上补充推导了AUV拖缆运动过程的变缆长边界方程。联市拖缆运动方程、AUV纵向运动方程及边界方程得到变缆长拖缆AUV纵向运动方程。基于此方程,应用4阶Runge—Kutta法对采用相同控制律方程的兀缆及有缆AUV进行了对比运动仿真。仿真结果表明,随着运动过程中拖缆长度的不断增长,拖缆对AUV的作用力不断增大,对AUV各运动参数的影响也不断增大,且对AUV轴向运动速度的影响最为明显。     

带复杂外形附体的AUV流体动力数值计算

自主式水下航行器（AUV）携带复杂外形附体（设备）时,其流体动力参数的精确计算是一个技术难点。利用通用流体动力学仿真软件CFX,采用SST湍流模型,对带有盐温深传感器（CTD）和GPS/北斗天线的AUV流体动力进行了数值计算,得到了3种模型下AUV流体动力的变化规律,分析了不同附体对AUV流体动力的影响。结果表明,带有附体后AUV水平面不对称,在附体处压力及速度变化剧烈,导致AUV流体动力参数及流场有了很大的变化。数值计算结果为AUV工程设计提供了参考依据。     

基于合成孔径技术的AUV目标远程定位研究

文中利用基于FFT变换的合成孔径处理技术．从提高阵增益、增加目标远程定位能力的角度出发进行了3～10kHz频率段的合成孔径技术研究。仿真结果表明．通过合成孔径处理有效的扩展了AUV阵列孔径,在系统200～210dB声源级下,在不到1s的测量时间内，AUV合成阵能够将系统空间增益提高近7dB，作用距离增大了近2km。     

一种降低中型AUV辐射噪声和振动噪声的方法

美国斯克里普斯海洋研究所的海洋物理研究馆(MPL/SIO)购买了一艘由蓝鳍机器人公司生产的奥德赛(Odyssey)Ⅱb中型AUV用于水声研究以及作为其他的研究接收平台。MPI/SIO的研究人员将奥德赛Ⅱb AUV原来的尾翼替换为一个矢量推进的导管式尾翼。利用安装了新型尾翼的奥德赛Ⅱb AUV进行海试时,研究人员发现AUV的自噪声比典型的海洋环境噪声高20~50 dB,因此不能用作低声源级的接收平台。为了描述AUV推进器及驱动装置的辐射噪声和振动噪声,研究人员随后开展了海试,并对奥德赛Ⅱb AUV尾翼的圆锥形推进器进行了改进,从而降低了航行器的自噪声。尾翼改进之后,利用安装在AUV内罩中的水听器进行测量可知,带宽为0.01~10 kHz时,航行器的自噪声等于或低于典型的浅水环境噪声。本文旨在对AUV尾翼的改进情况及尾翼改进对降低自噪声的效果进行描述。     

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。     

基于启发式算法障碍环境中AUV路径规划方法研究

对障碍威胁环境下AUV路径规划问题进行了研究。通过计算AUV与障碍的势场代价,建立躲避障碍代价函数。通过建立趋近目标代价函数,将路径规划问题转变为寻找代价函数最优点问题。然后提出一种基于启发式算法的AUV路径规划方法,其用于寻找代价函数最优点,最终实现AUV在障碍环境中的路径规划;最后对所提方法进行了仿真验证,AUV可以有效躲避障碍与威胁,寻找到较优路径,取得了较好的仿真效果。     

蓝鳍水下机器人公司及其Bluefin系列AUV

<正>0引言蓝鳍水下机器人公司(Bluefin Robotics Corp.,以下简称蓝鳍公司)成立于1997年,位于美国的马萨诸塞州昆西市。它是一家专注于水下机器人研制,并生产和销售AUV的公司。在1990年,麻省理工学院AUV实验室的工程师们就意识到他们的工作具有非常高的商业价值,并开始把他们的AUV整合到一条生产线上。后来,这条生产线保证他们在刚刚兴起的AUV市场上获得了一席之地。目前,该公司具有技术研发和整合能力,拥有全模型建造工具以及测试评估机构和客户支援服务,这些服务涵盖从训练和海上操作到后勤保障及全寿命周期维护。蓝鳍公司不仅