无人艇

摘要： 针对无人艇在路径跟踪过程中的环境扰动未知和模型参数难确定的控制问题,提出一种基于遗传算法优化PID控制器的路径跟踪控制方案。首先建立状态空间型无人艇运动数学模型以及随机干扰数学模型,使无人艇的运动更逼近实际情况。其次,在传统的LOS(Line-of-Sight)制导算法引入积分项,实时补偿航向漂角的干扰,以此减小横向误差。然后,采用遗传算法优化PID控制器参数,使得参数的选取更加灵活有效,增强了无人艇的动态性能和自适应能力。仿真试验结果表明,该路径跟踪控制方案具备有效性和良好的控制性能。

摘要： 在多体多类型目标协同搜索场景中,目标具有类型多样性、信息分布不均匀性、以及突发性等特性,这些特性增大了协同搜索的难度。针对异构目标也需要异构智能体群体进行针对性搜索,这样可以有效地减少资源消耗,且对任务分配更加合理有序,但是这样会导致异构群体间缺乏协同性,降低搜索效率,异构群体间的重复覆盖率也会变高。针对上述问题,本文提出了栅格图搜索算法(RMS,Raster Map Search),通过构造虚拟航点、局部观测、通信与动态阈值等方法实现异构群体间的有效协同,提高搜索效率,降低异构群体间的重复覆盖率。最后本文通过设计实验,验证了算法的有效性。

摘要： 针对传统水质监测方法存在的取样效率低、覆盖率差、耗时费力等问题,设计开发了一种自动水质监测无人艇及其岸基控制系统,以实现目标水域内的多点及区域自动、连续采样任务;结合水环境监测的任务要求和无人系统的组成架构,设计并搭建了监测无人艇测试平台及岸基控制系统;开展了无人艇多任务路径规划算法的研究,提出了基于安全性考虑的出入港路径规划方法(SIA*)和开阔水域下的区域遍历巡航路径规划算法;在算法研究的基础上,结合水质监测的自动化需求开展了无人艇监测任务流程的设计;试验结果表明,出入港路径规划在安全性上提升了约1.82倍,区域巡航规划实现了对任务水域的100%全覆盖,能够满足水质监测无人艇的实际采样要求。

摘要： 在执行海上作战及训练任务时,利用无人艇上加装测距装置可以及时、准确地获取所需目标的距离信息,对战场态势感知具有重要意义。论文详细介绍了基于单目视觉和激光雷达两种测距方法的原理,并设计实验进行了验证与误差分析。结果表明,激光雷达测距精度更高,响应速度更快,但当目标在视场中占比较小时,激光雷达无法识别目标类别。在实际应用过程中,可将两种方法结合使用,通过单目视觉的方法对目标进行识别,再利用激光雷达进行辅助定位。

摘要： 搭载雷达的无人艇在水域中航行时,通过雷达扫描水域附近的环境以识别无人艇周围的障碍物,为了区分雷达图像中的障碍物,通常采用连通区域标记算法对不同障碍物进行标记。由于杂波对雷达成像的干扰,造成雷达图像中像素点增加,使用常见的算法处理图像时效果不佳,为此,提出一种改进算法,在常见算法的基础上增加去除杂波像素点的功能,并标记出图像中的最大障碍物。经过实验分析后可知,相比于改进前的算法,改进后的算法减少了标记的区域数量,处理后的雷达图像更加平滑,便于无人艇对最大障碍物进行预警以及采取合理的避碰措施。

摘要： 针对无人艇航行性能测试需求,设计基于移动式浮标的无人艇航行监测系统。首先以浮标-岸基交互为基础,三维激光雷达和DGPS等作为感知传感器,设计无人艇航行监测系统框架。然后对三维激光雷达点云滤波处理,结合欧式聚类分割法把点云数据分割成多簇,利用OBB包围盒计算每一簇点云的几何特征并检测识别出被测无人艇,从而计算无人艇相对浮标的坐标位置。信号处理及控制器利用ROS同步订阅话题机制,对DGPS和三维激光雷达发布的消息融合,解算无人艇航行过程的位置信息。最后进行无人艇位置监测实验,结果表明,平均误差为1.34 m,约为0.074个被测无人艇艇身长度,验证基于移动式浮标的无人艇航行监测系统有效性,为无人艇性能测试奠定基础。

摘要： 针对小型无人艇减摇控制难的问题,在艇身增加减摇鳍和减摇螺旋桨,建立减摇鳍和减摇螺旋桨控制模型,结合遗传算法和PID控制两种算法,实现对减摇鳍和减摇螺旋桨参数精确控制。从船舶在低速和高速两种情况下进行减摇仿真分析,研究减摇鳍和减摇螺旋桨的减摇效果。仿真结果表明,船舶在减摇鳍和减摇螺旋桨联合控制下,能达到较好的减摇效果,能够满足船舶设备平台等减摇要求。

摘要： 为解决水上遇险目标搜寻存在搜寻区域过大、搜寻代价过高等问题,提出一种基于置信椭圆的无人艇区域覆盖搜寻规划方法。首先,利用高斯混合模型聚类算法划分搜寻区域,再基于腐蚀膨胀的置信椭圆确定最佳搜寻区域边界,实现目标包含概率和单位面积粒子数全局最优。然后,构造适应椭圆搜寻区域边界特征的无人艇转向模型,优化非工作路径。最后,以搜寻探测概率和总路径为优化目标,采用带精英策略的非支配排序的遗传算法(nondominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)优化得到最佳搜寻规划路径,实现无人艇高效区域搜寻规划。与常规矩形区域覆盖搜寻规划对比,能够在达到相同搜寻成功率下显著减少搜寻代价投入。

摘要： 模糊控制作为解决无人艇航向控制问题的有效方法,其固定的模糊规则和论域往往无法满足控制系统高精度要求。对此,提出了一种基于变论域理论的无人艇航向模糊控制策略。首先,建立了无人艇非线性数学模型,设计了非线性控制器;其次,根据常规模糊控制理论利用伸缩因子调整论域,伸缩因子的确定结合了函数和模糊控制思想,提高了模糊规则的适用范围,达到了自适应效果;最后,分别在无环境干扰和有环境干扰两种情况下,对比分析了常规控制、模糊控制、变论域模糊控制3种控制策略的航向跟踪效果。实验结果表明,将变论域模糊控制策略应用于无人艇的航向控制可以取得较好的效果,提高了系统的控制精度和自适应能力。

摘要： 针对小型水面无人艇编队的协同任务执行问题,提出一种适用于多个体、多任务协同分配的编队控制方法。为解决编队在同时执行多个任务时的成员自动分配问题,使用匈牙利算法进行最优分配计算,并设计一种距离与方位夹角耦合的任务耗费计算律;为了满足海洋测量任务中对梳子形编队转弯的功能需求,提出一种编队队形的自适应重构方法;针对无人艇编队成员的运动规划律问题,研究并设计一种适用于无人艇编队的期望航向与和航速规划律。最后通过编队航行仿真试验,对所设计方法的有效性进行了验证。

摘要： 避碰技术是水面无人艇关键技术,逐渐成为研究热点与工程难点.现有无人艇避碰系统受信息来源限制,功能相对简单,往往无法实现全任务海域最优避碰路径规划并适应各种复杂海域状况.本文设计了一种基于母船信息的水面无人艇避碰系统,该系统通过无线信息通道接收母船在任务海域搜集到的信息,拓展了避碰系统信息来源,可实现无人艇在全任务海域最优避碰路径规划与复杂海域状况避碰功能.

摘要： 为了提高现有分散式数据融合算法在计算量和通信量上的综合性能,提出了一种新的分散式数据融合算法,运用在多无人艇的协同导航中.该算法为了降低计算量,首先借鉴机器人同步构图与定位,利用联合分布状态将关键历史状态保留在滤波中,避免时间更新的复杂计算;然后利用滤波信息参数的稀疏性,减小滤波所涉及的计算复杂度;最后根据Cholesky矩阵分解的特殊性质,进一步减少计算复杂度.同时该算法为了降低通信量,通过环形多节点通信方式和删除冗余信息等操作,保持单个无人艇有限的存储容量,实现通信的有效管理.结果表明,在多无人艇协同导航系统中,该算法较传统的分散式卡尔曼滤波算法,定位达到同等精度,但是其通信量更小,计算量更少,证明了算法的有效性和正确性.

摘要： 无人艇具有隐身、智能、无人员伤亡等优点,在军事方面部署机动,拓展了海上作战范围,越来越多地受到各国海军的重视;在民用方面,可执行人员难以适应环境下的特殊使命如恶劣天气下危险海域的搜寻行动、水文探测等,因此获得各国政府越来越多的关注.本文对无人艇技术现状进行了简要阐述,分析中国无人艇技术与国外差距,结合发展需求和国际技术发展历程阐明了相关启示.无人艇具有复杂的系统组成，涉及众多的技术领域，其关键技术包括:总体设计技术、环境感知技术、自主控制与决策技术、无线通信技术、容错控制技术、推进与驾控技术等。要以作战需求为牵引，制定明确的发展规划；采用标准化方法，推进无人艇的通用化、系列化和模块化；以任务为中心设计，不需考虑人的因素。

摘要： 针对喷水推进型无人艇航向非线性系统的控制问题,考虑到模型摄动和环境干扰力等不确定性的影响.借鉴鲁棒补偿器思想,对基本S面控制方法进行改进,提出一种鲁棒S面控制方法.利用Lyapunov稳定性理论,证明该控制方法保证了航向控制系统的鲁棒稳定性.仿真对比结果验证了所提出控制方法的有效性.

摘要： 作者构思出了一个由多艘水面无人艇构成的协同作业系统,而对于无人艇之间的相互协作,最重要的就是船与船之间的相互通信(包括任务分配及信息传递)及定位导航.因此,在本文中,作者融合优化思想,综合考虑后提出将我国最新自主研发的卫星导航系统——北斗卫星导航系统,运用该导航系统的定位,导航及独有的短报文功能,来辅助多无人艇的协同作业.并且通过假想北斗导航系统应用到多岛屿巡航中的过程,结合MDO多学科优化思想来进行多无人艇的任务分配,以此来论证北斗导航系统能在水面多无人艇协同作业过程中发挥出重大作用.经过本文的论证,将会为北斗导航系统在协同作业及其他领域的应用提供理论支持.

摘要： 为了降低成本,考虑在无人艇编队中从艇使用低精度MEMS陀螺和多普勒测速仪测量航向和速度进行航迹推算,并测量和装备有高精度导航设备的主艇的距离进行扩展卡尔曼滤波(EKF),估计并补偿陀螺误差,更新和修正从艇的位置.因为MEMS陀螺的初始航向偏差和漂移在系统方程中起着相似的作用,无法同时估计出它们的值,所以在EKF算法中,用同一个状态先估计初始航向偏差并补偿,再将状态清零并重新设置系统方差阵,进而估计陀螺漂移.

摘要： 海上高速无人艇具有情报收集、监视、侦察、武装保护、扫雷、反潜和精确打击等功能,表现出广阔的军事应用价值.然而复杂的运动控制、恶劣的海况以及执行任务过程中的突发险况都是对采用自主控制的无人艇安全性能是一个巨大挑战.因此具备良好的稳定性能直接关系到无人艇的生命力和战斗力.根据等排水量法和瞬时湿表面法,分析无人艇的静水大倾稳性和波浪中船舶的稳性.另外,基于2D+t理论分析航速引起的流场压力分布变化对稳性的影响.

摘要： 针对高度动态、不可预测的海洋环境,开展了无人艇智能运动控制系统的设计研究.首先本文利用认知学科的"图式"概念来分析人体运动控制系统的结构.提出一种混合式分层递阶结构,把人类的先验知识、专家经验融入到该结构中,并在实践中不断学习和完善,则形成了一种混合仿人智能图式:然后根据该图式的思想,设计了自主驾控系统的体系结构,并编制成简单实用、逻辑性强、能实时运行的控制流程;最后进行了无人艇的航线跟踪和安全自主航行的半实物仿真试验,仿真结果表明该无人艇可以安全的避开其他船舶并尽量跟踪航线.

摘要： 针对欠驱动无人艇开展了其基础运动控制策略设计的研究。首先详细地介绍了喷水推进无人艇的运动控制系统的构成,并根据喷水推进器推进原理的特点,可得出该无人艇系统是欠驱动的、快变的非线性耦合系统;然后根据人类小脑的运动协调功能,提出基于倒车斗、喷嘴转角和发动机转速协调控制的仿人智能控制策略,实现了对无人艇的完全运动控制,提高了其操纵性和灵活性;并根据该思想设计了无人艇的基础运动控制系统的软件体系结构。最后进行了无人艇在各种航行状态下的运动控制仿真试验,仿真结果表明了该仿人智能运动控制策略的有效性。

摘要： 针对喷水推进方式的无人艇开展了其智能运动控制系统的设计研究。从硬件和软件两方面分析了无人艇的系统组成，设计了一种简单实用的嵌入式自主驾控系统的软件体系结构，并根据该系统的结构特点，结合人类大脑的组织协调功能，提出了基于仿人脑模型的自主驾控系统的软件设计方法，使无人艇初步具备驾驶员对船舶的熟练操控能力，达到了无人艇能够自主航行的目的。最后对该无人艇的定向和定航线的驾控方式进行了半实物仿真试验，仿真结果验证了该基于仿人脑模型的无人艇自主驾控系统的可行性和工程实用性。

摘要： 本发明涉及能量存储技术领域，具体涉及一种适用于无人艇的能量存储系统及无人艇。该适用于无人艇的能量存储系统包括：波浪能发电装置、风能发电装置、相变能发电装置、电容器存储模块、蓄电池、升压模块和太阳能发电装置。电容器存储模块存储电容电荷；波浪能发电装置、风能发电装置和相变能发电装置，均与所述电容器存储模块的输入端连接；所述蓄电池的输入端与所述电容器存储模块的输出端通过升压模块连接，所述升压模块用于在所述电容器存储模块存储的电容电荷达到设定值时向所述蓄电池充电；太阳能发电装置与所述蓄电池的输入端连接。本方案能够解决现有技术中无人艇能量有限动力枯竭，会导致任务执行的问题。

摘要： 本发明提出一种环保作业的无人艇控制方法及应用其的无人艇系统，其中方法包括以下步骤：根据预设作业点的位置，生成路径规划航线；控制无人艇追踪路径规划航线，同时控制放下清扫装置对途径的水面进行清理，通过水质监测传感器对水体的水质进行探测；无人艇控制采用分离式控制方法，包括外环制导和内环控制；外环制导：根据无人艇实际位置与规划航线的距离误差，计算出期望艏向角ψref；内环控制：根据期望艏向角ψref计算出期望的舵角，计算并输出无人艇两个推进器的油门，通过两个油门的差速控制无人艇的航向和航速；本发明能够保证无人艇的行驶路径，且有效对路径上的垃圾进行清理，并对路径上的水质进行探测，保证水体的清洁干净无污染。

摘要： 本发明公开了一种无人艇自主停泊方法、装置及无人艇，属于无人艇控制技术领域，方法包括：GNSS全局引导：在无人艇接收到入港指令后，执行预先设定的入港任务，进入低速航迹航向保持区域，并使无人艇的航向航迹误差处于在一定范围内，以准备进入标签可视区域；标签像素引导：在进入标签可视区域后，根据标签可视区域内预设的色块标签，启动标签引导程序，精细调节无人艇姿态进入船坞泊位；若标签像素引导过程中出现连续丢像素帧或者航向航迹偏差超过预设范围，则将重置引导任务至低速航迹航向保持区域。本发明实施例能够低成本、有效保障无人艇入港/坞的稳定性和安全性，也能够提高进港/坞的精度，从而适用于狭小空间的无人艇停放。

摘要： 本发明提供无人艇航向控制方法、控制器、自动舵以及无人艇，实现对无人艇航向PD控制系统的在线调整优化，使控制系统具备自适应能力。方法包括：步骤1.构建适用于无人艇高速航行的二阶非线性响应模型；步骤2.搭建航向控制系统仿真平台，并调试出控制参数；步骤3.将PD控制器优化为模糊自适应PD控制器；步骤4.根据实际无人艇航向控制系统应用范围和控制精度要求，设计适用于无人艇航向控制的模糊控制器输入、输出以及相应的模糊论域及量化因子；步骤5.对无人艇的航向偏差和偏差变化率以及控制参数优化量进行模糊化处理，设计模糊控制器的输入输出模糊化变量的三角型隶属度函数；步骤6.设计无人艇航向控制过程的模糊优化方法。

摘要： 本发明涉及了一种无人艇及无人艇编队在线航迹规划方法及系统，无人艇在线航迹规划方法包括如下步骤：在无人艇的感知域内选取子目标点；在无人艇的感知域内采用均匀分布的随机函数选取无碰撞的初始采样点；采用人工势场法调整所述初始采样点，获得调整后的采样点；采用RRT*规划器对航迹进行扩展。本发明基于RRT*算法和人工势场法实现无人艇航迹的在线快速规划。

摘要： 本发明提出一种无人艇的上下电控制方法、装置和无人艇，其中，无人艇的上下电控制方法中，通过获取终端设备发出的上电控制信号和下电控制信号，并检测当前开关设备是否被手动触发闭合，当检测到被手动触发闭合时，则不进行上下电控制工作，当检测到未被手动触发闭合时，根据对应的控制信号使能控制开关设备闭合或者关断，从而实现对无人艇上的用电设备上下电控制，避免开关设备的误触发导致用电设备的工作异常问题，实现对无人艇上下电的使能控制，保证无人艇有效上下电。

摘要： 本发明涉及能量存储技术领域，具体涉及一种适用于无人艇的能量存储系统及无人艇。该适用于无人艇的能量存储系统包括：波浪能发电装置、风能发电装置、相变能发电装置、电容器存储模块、蓄电池、升压模块和太阳能发电装置。电容器存储模块存储电容电荷；波浪能发电装置、风能发电装置和相变能发电装置，均与所述电容器存储模块的输入端连接；所述蓄电池的输入端与所述电容器存储模块的输出端通过升压模块连接，所述升压模块用于在所述电容器存储模块存储的电容电荷达到设定值时向所述蓄电池充电；太阳能发电装置与所述蓄电池的输入端连接。本方案能够解决现有技术中无人艇能量有限动力枯竭，会导致任务执行的问题。

摘要： 本发明提供了一种无人艇存储器物理自毁装置及无人艇。无人艇存储器物理自毁装置包括：自毁信号检测器、自毁信号传输器、自毁电路、供电电源、降压电路和存储器；所述自毁信号检测器的输出端与所述自毁信号传输器的输入端连接，所述自毁信号传输器的输出端与所述自毁电路的控制端连接，所述自毁电路的输入端与所述供电电源连接，所述自毁电路的输出端与所述存储器连接；所述降压电路的输入端与所述供电电源连接，所述降压电路的输出端与所述存储器连接，为所述存储器正常供电；所述自毁电路在初始状态时为断路状态；所述自毁电路在转为导通状态时，将所述供电电源的电压传送给所述存储器，将所述存储器击穿，实现所述存储器物理自毁。

摘要： 本申请提供了一种止晃无人艇布放回收装置、无人艇布放回收设备及无人艇，其中止晃无人艇布放回收装置包括：止晃装置，止晃装置设有连接装置端和止晃装置端，止晃装置端用于与无人艇配合以减少无人艇的晃动；支撑件，其一端与连接装置端转动连接，其另一端用于与起重设备可拆卸连接；提升绞车，设于连接装置端，用于吊起无人艇；提升绞车集成在止晃装置上，位于止晃装置的连接装置端上，无需借助起重设备上的绞车设备的缆绳即可完成在回收时对无人艇的布放、回收以及同步止晃，解决了传动距离长和动力损耗大的问题，降低了止晃装置的加装难度。

摘要： 本申请公开了一种无人艇船体装置及无人艇控制装置，其中，无人艇船体装置包括：水下探测装置，发射装置，传动杆，动力装置和转向装置；水下探测装置设置于无人艇船艏的下部，水下探测装置用于获取任务海域的水下探测信号；发射装置设置于无人艇船艏的上方，发射装置的发射口倾斜向上设置，发射装置用于向任务海域发射目标指示物；传动杆通过密封轴承设置于无人艇船艉的底部，传动杆的一端连接于动力装置，另一端连接于桨叶，桨叶在动力装置带动下旋转时提供无人艇航行动力；转向装置连接于传动杆，转向装置用于带动传动杆旋转调整桨叶的朝向。通过本申请中的技术方案，提高无人艇对任务海域的探测效率和探测精度，降低无人艇的制造成本。