在國(guó)家大力建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的大環(huán)境下,提升海上軍事裝備的智能程度是提升整體裝備水平的一大核心。同時(shí)各種交通工具的無(wú)人化也成為當(dāng)前發(fā)展的主流趨勢(shì),每年都會(huì)有大量的資金和人力投入到其中,在這方面移動(dòng)機(jī)器人的研究相對(duì)較為成熟,而對(duì)于水面艇的智能化發(fā)展還處于起步階段。本文設(shè)計(jì)一種小型水面艇以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤與避障的任務(wù)為目標(biāo),獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)目標(biāo)跟蹤與目標(biāo)定位算法,針對(duì)跟蹤過(guò)程中水面環(huán)境存在障礙物的情況,對(duì)小型水面艇的航行路徑予以規(guī)劃,規(guī)劃出一條能使小型水面艇從當(dāng)前位置跟蹤上目標(biāo)的安全且可以對(duì)路徑上的障礙進(jìn)行規(guī)避的無(wú)碰路徑。本文首先針對(duì)實(shí)驗(yàn)所用的小型水面艇建立控制模型,在三自由度的小型水面艇運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)推到分析得到小型水面艇的操縱響應(yīng)方程:Nomoto模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到所用小型水面艇Nomoto模型的參數(shù)。接著在小型水面艇上通過(guò)單目攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤與定位,基于KCF(核相關(guān)濾波)算法實(shí)現(xiàn)小型水面艇對(duì)目標(biāo)的跟蹤,并提出一種基于單目攝像頭的目標(biāo)定位算法,針對(duì)跟蹤過(guò)程中可能出現(xiàn)的目標(biāo)丟失的問(wèn)題,利用不同幀之間的響應(yīng)值的關(guān)系,對(duì)目標(biāo)是否丟失進(jìn)行判斷,將目標(biāo)消失后又重新出現(xiàn)在攝像頭視野時(shí)將前后兩幀做差,得到殘差圖像并對(duì)其進(jìn)行二值化處理,然后通過(guò)K-Means算法重新對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)精確模型的重新建立,以此實(shí)現(xiàn)對(duì)丟失目標(biāo)的重新跟蹤。然后對(duì)于小型水面艇航行過(guò)程中遇到障礙物的問(wèn)題,采用人工勢(shì)場(chǎng)法對(duì)其徑進(jìn)行規(guī)劃,針對(duì)傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)法存在的目標(biāo)附近有物導(dǎo)致目標(biāo)位置不可達(dá)以及易陷入局部極小值點(diǎn)的缺陷,通過(guò)改寫(xiě)斥力勢(shì)場(chǎng)函數(shù)以及在引力勢(shì)場(chǎng)函數(shù)中引入振蕩函數(shù),提出一種改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)法對(duì)小型水面艇的航行進(jìn)行路徑規(guī)劃。并以小型水面艇的控制模型為根據(jù)設(shè)計(jì)小型水面艇的基于自抗擾算法的航向控制器,通過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證其有效性。最后為了驗(yàn)證所提出的方法對(duì)于小型水面艇目標(biāo)跟蹤與避障的任務(wù)是否有效,對(duì)小型水面艇的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并分別從軟硬件兩方面入手,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。最終通過(guò)實(shí)船實(shí)驗(yàn),在水面有障礙物和沒(méi)有障礙物兩種情況下,做小型水面艇對(duì)目標(biāo)的跟蹤實(shí)驗(yàn),從而驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性和可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.82;U675.96
【部分圖文】：

“Spartan”系列USV

圖 1.2 “Spartan”系列 USV 海上監(jiān)控圖像（2）以色列同時(shí)期，以色列對(duì)水面無(wú)人艦艇的研究也絲毫不遜色于美國(guó)[4]。2005 年，“Protec水面無(wú)人艦艇于以色列成功問(wèn)世，其技術(shù)水平可以說(shuō)已經(jīng)達(dá)到世界頂級(jí)水準(zhǔn)rotector”號(hào)的船體屬性是剛性充氣艇，其制導(dǎo)模式為遙控模式，艦艇全長(zhǎng) 9 米，在實(shí)踐演練等場(chǎng)合測(cè)試其航速平均能夠達(dá)到 50 節(jié)高速。此外，艦艇上的雷達(dá)、傳感器示器和遙控系統(tǒng)等均為當(dāng)時(shí)全球先進(jìn)設(shè)備，可應(yīng)用光電指示監(jiān)控?cái)耻�，�?shí)現(xiàn)自主作目的，同時(shí)“Protector”號(hào) USV 還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控作戰(zhàn)、自主式巡邏等目的。

圖 1.4 韓國(guó)“海劍”無(wú)人偵察艇近年來(lái)遭遇的恐怖襲擊和別國(guó)入侵等事件，加大了新型研制成無(wú)人水面艦艇和水下潛艇兩部分相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更現(xiàn)在水域全面搜查水雷、監(jiān)視地方艦隊(duì)等目的。圖 1.5 日本“Aquarius”號(hào) USV現(xiàn)狀要研究新型水面無(wú)人艦艇的研究機(jī)構(gòu)有：中國(guó)航天科工等單位，USV 也是我校哈爾濱工程大學(xué)的主要研究領(lǐng)域

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2827752