發(fā)布時(shí)間：2021-04-10 02:23

　　受海面風(fēng)浪影響,裝載多波束探測(cè)裝置的無(wú)人船容易產(chǎn)生較大幅度的偏斜,從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真。針對(duì)該問(wèn)題,本文擬研究一種可加載多波束裝置的機(jī)架結(jié)構(gòu),根據(jù)無(wú)人船的偏斜方向和角度,自適應(yīng)地調(diào)整自身運(yùn)動(dòng),使得多波束能夠始終垂直向下探測(cè)。傳統(tǒng)的自適應(yīng)機(jī)架采用方位和高度兩軸垂直軸系結(jié)構(gòu),當(dāng)無(wú)人船受到平行于高度軸方向的風(fēng)浪時(shí),其方位軸須立即旋轉(zhuǎn)90°,易導(dǎo)致機(jī)架的震蕩,甚至失控。斜軸式機(jī)架結(jié)構(gòu)的方位軸和斜軸之間為45°夾角,其高度方向的運(yùn)動(dòng)是由斜軸在兩軸的交面上旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生,能夠有效克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的震蕩問(wèn)題,為多波束裝置的穩(wěn)定指向控制帶來(lái)了新的希望。但斜軸式機(jī)架的非正交軸系結(jié)構(gòu),使得沿兩軸方向的運(yùn)動(dòng)之間存在相互耦合,呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性結(jié)構(gòu)。因此,須深入分析該類(lèi)機(jī)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)原理,提出切實(shí)可行的控制方案,進(jìn)而解決該機(jī)架的精準(zhǔn)指向問(wèn)題。針對(duì)斜軸式機(jī)架的非線性結(jié)構(gòu),首先分析其動(dòng)力學(xué)特征,通過(guò)軌跡規(guī)劃,建立機(jī)架結(jié)構(gòu)受無(wú)人船偏斜產(chǎn)生的方向和角度偏差與垂直方向之間的關(guān)系;構(gòu)建仿真模型進(jìn)一步驗(yàn)證規(guī)劃結(jié)果的正確性。當(dāng)多波束探測(cè)裝置發(fā)生偏斜時(shí),通過(guò)軌跡規(guī)劃可以確定方位軸和斜軸所需要的旋轉(zhuǎn)角度,從而使得多波束裝置能夠保持穩(wěn)定的垂直向... 

【文章來(lái)源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

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第二章平臺(tái)的軌跡規(guī)劃112√22，便是本研究采用的斜軸式機(jī)架垂直向下運(yùn)動(dòng)的軌跡參數(shù)方程。為了驗(yàn)證斜軸式機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)方程的準(zhǔn)確性，需要對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)方程進(jìn)行仿真驗(yàn)證。由上述運(yùn)動(dòng)軌跡方程的分析，對(duì)參考點(diǎn)的單條運(yùn)動(dòng)軌跡有了一些了解。接著本研究對(duì)點(diǎn)的多條運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行仿真。斜軸式機(jī)架保持方位軸固定，之后將方位軸在旋轉(zhuǎn)360°時(shí)，平均選取50個(gè)位置，并使斜軸在每個(gè)方位軸固定的位置旋轉(zhuǎn)360°。如圖2.7所示，便得到斜軸式機(jī)架的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖。圖2.7斜軸式機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖由圖中取得五十個(gè)軌跡可以看出，其運(yùn)行的軌跡有重復(fù)的點(diǎn)，也就是每個(gè)點(diǎn)都可以由兩種方式運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，那么將出現(xiàn)最優(yōu)化的選擇問(wèn)題，然而本設(shè)計(jì)所控制的無(wú)人船多波束自適應(yīng)平臺(tái)，都是相對(duì)于前一個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此本研究不需要考慮運(yùn)動(dòng)軌跡最優(yōu)化的選擇問(wèn)題。綜上所述，分析了斜軸式機(jī)架軸系和參數(shù)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得到了具體的數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式，并將斜軸式機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)關(guān)系式，通過(guò)參數(shù)方程表示出來(lái)。當(dāng)多波束探測(cè)裝置偏斜到一個(gè)位置時(shí)，該關(guān)系式能夠反映出斜軸和方位軸所需要的旋轉(zhuǎn)角度。運(yùn)用仿真對(duì)斜軸式機(jī)架運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)參數(shù)方程進(jìn)行驗(yàn)證，從對(duì)多波束探測(cè)裝置單個(gè)運(yùn)動(dòng)參考點(diǎn)Ｐ了解到多波束探測(cè)裝置單條軌跡的局部特性，最后再?gòu)膯螚l軌跡的局部特性了解到整體軌跡面的特性[40]。

第二章平臺(tái)的軌跡規(guī)劃13{=’=’=√’2’2’2+’2+’2’2（2-5）通過(guò)仿真對(duì)基點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡參數(shù)方程進(jìn)行驗(yàn)證，得到其運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖，如圖2.9所示。圖2.9基點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖為了保證多波束垂直向下不失真的探測(cè)，需要對(duì)基點(diǎn)偏斜的角度和方向進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)上面分析可以知道，大致將其分成兩個(gè)方向，其包括無(wú)人船的行駛方向和與無(wú)人船行駛方向垂直的方向。當(dāng)多波束探測(cè)裝置發(fā)生偏斜時(shí)，可根據(jù)基點(diǎn)的軌跡規(guī)劃，確定多波束探測(cè)裝置的位置，以及無(wú)人船的偏斜角度、方向。2.3平臺(tái)的軌跡規(guī)劃通過(guò)上兩節(jié)對(duì)斜軸和基點(diǎn)的軌跡規(guī)劃，本小節(jié)是對(duì)整個(gè)自適應(yīng)控制平臺(tái)進(jìn)行的軌跡規(guī)劃，從而可以設(shè)計(jì)仿真中的參數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)多波束探測(cè)裝置發(fā)生偏斜時(shí)，基點(diǎn)的軌跡規(guī)劃可以確定無(wú)人船的偏斜角度、方向，從而確定多波束探測(cè)裝置的偏斜位置，將得到的偏斜位置帶到斜軸的軌跡規(guī)劃中，便可以計(jì)算出方位軸和斜軸所需要的旋轉(zhuǎn)角度，從而保證多波束探測(cè)裝置垂直向下指向，圖2.10所示的平臺(tái)的軌跡規(guī)劃圖。

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