【摘要】：當潛艇由于發(fā)生故障失去動力而在海上受風、浪、流等環(huán)境作用呈現漂浮運動時,需要通過水面救援船舶搜尋、抵近失事潛艇,并利用傳感器有效探測信息持續(xù)精確跟蹤失事潛艇,以方便有效地實施水面救援。而環(huán)境條件惡劣(如四級海況)時,風、流、浪涌作用使得救援船與失事艇在水面上的升沉運動,極易造成傳感器測量信息短暫缺失,這對開展有效的水面跟蹤與救援帶來極大的難度與危險。因此,研究水面目標狀態(tài)估計與跟蹤控制方法具有重要的理論研究和工程實際作用。本文針對水面目標救援跟蹤控制系統,主要展開以下研究工作:首先,針對水面目標救助問題,建立救援船與目標艇動力學模型,并對風、浪、流等環(huán)境因素建模,通過仿真實驗驗證所建模型的合理性和正確性。其次,基于MiniRadascan微波參考系統測量原理,設計相對距離和相對艏向的解算方案;針對常規(guī)高斯濾波器在處理非高斯狀態(tài)估計問題時出現的性能退化甚至發(fā)散的情況,設計容積粒子濾波器,實現非高斯噪聲條件下目標狀態(tài)估計;針對粒子濾波器存在計算量大的問題,提出高斯混合容積卡爾曼濾波器;再次,利用六自由度運動平臺模擬MiniRadascan出現量測值缺失的情況,針對現有量測值缺失時目標狀態(tài)估計方法只能利用系統模型預測的問題,設計基于歷史量測數據擬合預測的狀態(tài)轉移模型,并提出量測數據滑窗寬度自適應調整策略,提高狀態(tài)轉移模型擬合精度;針對高斯混合濾波器中高斯分量權值在量測值缺失時仍保持不變導致估計精度降低的問題,基于Chapman-Kolmogorov方程設計高斯分量權值自適應調整策略,提高量測值缺失條件下的目標狀態(tài)估計精度;然后,針對四級海況下高頻運動對救援船控制系統造成不必要損耗問題,設計救援船運動估計濾波器,估計其運動狀態(tài);針對水面目標救援跟蹤中僅通過雷達獲取目標艇的位置信息、無法獲得其準確軌跡的問題,提出基于平行目標接近導引律的抗飽和跟蹤控制方法,引入濾波反步法解決常規(guī)反步法需對虛擬控制量解析求導帶來的“計算膨脹”不足;抗飽和環(huán)節(jié)保證控制執(zhí)行機構輸出量較低且平滑,有助于延長執(zhí)行機構使用壽命;并利用粒子群優(yōu)化算法對控制器參數尋優(yōu),提高跟蹤控制器精度;最后,基于六自由度運動平臺搭建目標跟蹤模擬試驗系統,利用MiniRadascan實測數據驗證高斯混合容積卡爾曼濾波以及量測量短暫缺失情況下的目標狀態(tài)估計算法;針對不同的目標運動狀態(tài)對跟蹤控制器進行試驗驗證;試驗結果證明所設計估計方法與控制器的可行性及準確性。
【圖文】：

圖 1. 1 水面目標跟蹤應用Fig1. 1Application of water surface target tracking給船對接收船的跟蹤在國外文獻中稱為 Under Replenishment(UNREP,圖 1要對被補給船進行位置跟蹤，，在補給過程中始終與其保持固定的相對位置離和艏向，避免發(fā)生船舶碰撞的事故。而且在跟蹤過程中，由于距離較近

圖 1. 2 軍艦補給及仿真實驗圖Fig1. 2 naval ships performing underway replenishment and simulation國內方面，文獻[8]提出了相對漂浮船動力定位跟蹤控制的概念，使兩船始終保定的位置和艏向。文中對環(huán)境力進行建模，設計了基于神經網絡的 BP-PN-PID 兩種控制器用于動力定位船與目標的相對位置和艏向控制。文獻[9]同樣
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U676.8;TP273

【參考文獻】

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本文編號：2598185