【摘要】：近年來(lái),隨著海洋領(lǐng)域的爭(zhēng)端不斷,對(duì)于島礁周圍海域的監(jiān)視成為一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題,水下無(wú)人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作為一種可控性好、續(xù)航能力長(zhǎng)、搭載能力強(qiáng)的新型水下裝備是解決該問(wèn)題的重要手段。本課題為解決面向島礁監(jiān)視的多UUV目標(biāo)搜索與跟蹤問(wèn)題,主要開(kāi)展了關(guān)于多UUV協(xié)同目標(biāo)搜索算法、UUV運(yùn)動(dòng)目標(biāo)估計(jì)及跟蹤導(dǎo)引方法、多UUV島礁監(jiān)視策略等方面的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,對(duì)多UUV協(xié)同島礁監(jiān)視問(wèn)題進(jìn)行分析,制定了監(jiān)視策略,并且對(duì)研究所需涉及的要素進(jìn)行建模,包括近島礁任務(wù)區(qū)域模型、UUV運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、前視聲吶探測(cè)模型以及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型,此外分析了UUV間的信息交互功能。其次,對(duì)多UUV協(xié)同目標(biāo)搜索問(wèn)題進(jìn)行定義和特性分析,提出了基于改進(jìn)粒子群算法的多UUV協(xié)同目標(biāo)搜索算法。研究中對(duì)基本概率圖模型加入各個(gè)UUV的占用信息進(jìn)行改進(jìn)。以此為基礎(chǔ)制定了合理的協(xié)同搜索任務(wù)優(yōu)化目標(biāo)、建立了UUV狀態(tài)空間模型。基于滾動(dòng)優(yōu)化在線求解思想,引入預(yù)測(cè)控制,對(duì)傳統(tǒng)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)多UUV協(xié)同目標(biāo)搜索。仿真結(jié)果表明提出的改進(jìn)算法在復(fù)雜環(huán)境中具有更好的目標(biāo)搜索效果,且對(duì)于不同性質(zhì)區(qū)域具有不同的巡邏頻率。然后,針對(duì)運(yùn)動(dòng)特性復(fù)雜的目標(biāo)跟蹤問(wèn)題,基于IMM-UKF對(duì)多種模型融合的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)方法的研究,提出了改進(jìn)的IMM算法,能實(shí)現(xiàn)模型集的自適應(yīng)選擇。在估計(jì)出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后,結(jié)合視線導(dǎo)引法制定了UUV跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的導(dǎo)引策略,使UUV能夠保持尾隨目標(biāo)的跟蹤狀態(tài)。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)方法和跟蹤導(dǎo)引策略具有良好的跟蹤效果。最后,基于Matlab的GUI設(shè)計(jì),完成了多UUV島礁監(jiān)視仿真系統(tǒng)搭建。將課題中涉及的協(xié)同搜索、目標(biāo)跟蹤和監(jiān)視策略三個(gè)子模塊進(jìn)行封裝集中,通過(guò)設(shè)置相關(guān)參數(shù)直接對(duì)多UUV島礁監(jiān)視場(chǎng)景進(jìn)行仿真。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的仿真案例,對(duì)本文所做的研究給出了系統(tǒng)性的驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P715;TP277
【圖文】：

究背景及意義無(wú)論在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，UUV 都已得到廣泛關(guān)注，重中之重。UUV 的軍事用途極為豐富，可具備偵察、打擊民事用途主要包括海洋地貌探測(cè)、沉船搜尋、水下設(shè)備檢修 4 月，在尋找失事馬航黑匣子中，通過(guò)投放“藍(lán)鰭金槍魚(yú)”進(jìn)行深海精細(xì)調(diào)查工作，如圖 1.1 所示。眾所周知，水下環(huán)感設(shè)備在惡劣水下環(huán)境都無(wú)法起作用，而且在面對(duì)水中復(fù)雜也會(huì)大大降低。而如果采用人工方法來(lái)解決水下救援、海底復(fù)雜問(wèn)題，無(wú)疑是把人類推到危險(xiǎn)邊緣。因此，隨著計(jì)算機(jī)基于自動(dòng)控制，能夠開(kāi)發(fā)出一種代替人工操作的自主水下航問(wèn)題最好的解決辦法。而且對(duì)于水下軍事任務(wù)的執(zhí)行，UU化、低成本化于一身，且具備極強(qiáng)隱蔽性的潛航器，又可基性能，這與核潛艇等現(xiàn)有的水下大型設(shè)備相比，敏捷性更高民事用途雙重需求的引導(dǎo)下，自主水下航行器的技術(shù)研究變大量的專家與學(xué)者的重視，并進(jìn)行了大量的研究工作。

未來(lái)作戰(zhàn)形式必然是往協(xié)同方向發(fā)展，更不為夸張地說(shuō)，如圖1.2 所示的海陸空三大聯(lián)合組網(wǎng)作戰(zhàn)體系是未來(lái)各個(gè)國(guó)家軍事力量的必然發(fā)展態(tài)勢(shì)[1]。同時(shí)，隨著人類對(duì)海洋資源的開(kāi)發(fā)、對(duì)水下設(shè)施的建設(shè)與日俱增，單體 UUV 已難以滿足作業(yè)需求。因此，多水下無(wú)人航行器（UUVs）協(xié)同技術(shù)必將成為水下無(wú)人航行器的重要發(fā)展方向之一。未來(lái)對(duì) UUV 的應(yīng)用，必然會(huì)包含多 UUV 分布式應(yīng)用：在軍事任務(wù)方面，多 UUV 可以彼此協(xié)助，形成可攻可守的戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)略團(tuán)隊(duì)；在民用上，能夠通過(guò)相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的水下任務(wù)作業(yè)[2]。多水下無(wú)人航行器所具備的性能優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2725944