在軍事方面,科技的迅猛發(fā)展使海洋一體化防御體系日臻完善。這對主動攻擊武器的突防能力構成了嚴重的威脅。因此,協(xié)同攻擊作為一種能提高擊中概率的重要手段,受到了廣泛的關注。在民用方面,由于單航行器作業(yè)時,存在探測范圍小、目標估計精度低和效率低等問題,使其難以完成復雜海洋環(huán)境下的多目標探測與圍捕等任務。相對于單航行器系統(tǒng),多航行器協(xié)作系統(tǒng)能更高效地完成這些任務,也能完成單航行器無法完成的任務。鑒于此,本文開展了基于欠驅(qū)動無人水面船（USV）的協(xié)同估計、協(xié)同導引和欠驅(qū)動控制的研究。主要研究工作如下:1)建立了欠驅(qū)動無人船的數(shù)學模型,介紹了基于費舍爾信息矩陣（FIM）的目標狀態(tài)估計性能評價指標,多智能體信息一致性相關理論,以及考慮暫態(tài)性能約束的相關概念,為后續(xù)相關研究奠定了理論基礎。2)研究了無人船協(xié)同估計問題。針對海洋環(huán)境下傳感器觀測方程非線性問題,設計了基于估計值一致性的分布式卡爾曼濾波（CE-DEKF）算法。在狀態(tài)有界的假設下,利用李雅普諾夫（Lyapunov）穩(wěn)定性理論和隨機穩(wěn)定穩(wěn)定性理論,證明了該算法的穩(wěn)定性,并通過仿真驗證了該算法的有效性。3)研究了無人船協(xié)同導引問題。針對僅有方位信息... 

【文章來源】：西北工業(yè)大學陜西省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２歐盟ＧＲＥＸ項目??

西北工業(yè)大學碩士學位論文??３、先進實時地球監(jiān)測網(wǎng)絡（ＡＲＥＮＡ）項目??２００３年，日本啟動ＡＲＥＮＡ項目，旨在利用海底多ＡＵＶ探測網(wǎng)絡探明海洋環(huán)境變??化，進行海底火山和地震監(jiān)測研究，如圖１－３所示。該項目的多ＡＵＶ探測網(wǎng)絡可長時間??在海底作業(yè)，當監(jiān)測任務完成后，可在海底船塢裝置內(nèi)對測試數(shù)據(jù)的進行讀取和充電。另??夕卜，這種可長時間海底停留式的多ＡＵＶ網(wǎng)絡，可以在海洋作業(yè)船的支援下，廣泛用于觀??測點選址、網(wǎng)絡路徑的海底前期勘察與繪制，同時，也可用于對海纜和水下建筑進行維護??等方面。??圖１－３先進實時地球監(jiān)測網(wǎng)絡示意圖??國內(nèi)在海洋多智能體協(xié)作系統(tǒng)研究方面起步較晚，大多數(shù)處于基礎理論研究和單項??研究階段，尚未進入實用階段。從事該方面研究的機構主要有中科院沈陽自動化研究所、??西北工業(yè)大學、華中科技大學、哈爾濱工程大學，以及北京航空航天大學等。中科院沈陽??自動化研究所提出了利用多智能體系統(tǒng)對海底熱液煙囪定位的方法，并進行了相關的實驗??研究西北工業(yè)大學在多ＡＵＶ系統(tǒng)編隊控制方面取得了較多成果Ｍ。華中科技大學研??究了水下機器人間相互通信最小的編隊控制策略ＩＭＳ哈爾濱工程大學邊信黔團隊提出一套??多水下機器人編隊規(guī)則，以及使水下機器人間通信最小化的監(jiān)控邏輯，解決了多水下機器??人在三維空間內(nèi)路徑跟蹤編隊控制的問題［０，？北京航空航天大學進行了多仿生機器魚編隊??控制的研究。??１．２．２協(xié)同最優(yōu)估計研究現(xiàn)狀??近年來，多智能體系統(tǒng)，如多無人機、多地面機器人以及多航天器等系統(tǒng)，在環(huán)境??監(jiān)測與目標跟蹤方面，得到了廣泛的應用由于智能體傳感器量測噪聲會“掩蓋”貝??標的真實狀態(tài)信息。因此，有必要對目標的狀態(tài)信息

?第二章預備知識???第二章預備知識??２．１無人水面船的數(shù)學模型??為了描述無人船運動，需要將其放入已定義的坐標系中進行分析。本文主要采用兩??種直角芷交坐標系，如圖２－１所示，即地面坐標系ＯＸＹ和ＵＳＶ體坐標系??ｊ?ｉ??Ｙ??一?Ｈ?１?ｔ??〇＼?Ｘ??圖２－１坐標系示Ｓ圖??本文采用的欠驅(qū)動無人船３自由度數(shù)學模型來自Ｆｏｓｓｅｎ７８１，該模型最大特點是考慮??了慣性矩陣和流體阻尼矩陣的非對角性。具體地，其運動學模型和動力學模型可表示為：??？？?＝??（２．１）??ＭＯ?＝?—Ｃ｛ｙ）ｖ?—?Ｄ｛ｕ）ｖ?＋??其中，ｑ?＝?［ａ；，隊＿Ｔ?Ｇ?Ｍ３ｘ?１中的；ｒ和ｙ是地面坐標系下的位置，＃為偏航角，Ｊ（？〗）Ｇ?Ｒ３錄??是體坐標系到地面坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，■是體坐標系下的速度向量，ｕ、代??表前向、側向速度，ｒ是無人船轉(zhuǎn)速；Ｍ?＝?ＡｆＴｅＫ３ｘ３是非對角慣性矩陣，??是向心哥氏力矩陣，乃（／／）?ｅ?ｆｆｉ３ｘ３為流體阻尼矩陣，ｄ?＝?［４，?ｅ?Ｋ３ｘｌ為未知外界??干擾，７?＝?［７；［１；０）？＾￡艫＞＜１是控制輸入，考慮控制輸入存在飽和的問題，因此，定義其??飽和函數(shù)階）＝［Ｗｔ＾Ｏ為（ｒｒ）］?Ｇ?Ｋ３ｘ１，??Ｉ＾ｊｉｎａｘ；?Ｖ?丁ｉ?＞?Ｔ：ｉ，ｍａｘ??ｎ，．?ｉｆ?ｎ＾ｍ?＜ｎ＜?（２．２）??％，ｍｉｎ，?ｉｆ?ｎ?＜?Ｔ＂ｉｍｍ??其中，ｉ?＝?１，?３。此外，定義死區(qū)函數(shù)Ｘ＇?＝［知！?〇，．心］二ｒ?—?５（ｒ）?Ｇ?Ｒ＿３ｘｌ?ａ??具體地，矩陣．７＿，ＣＭ，?和Ｍ可定義為??ｃｏｓ?ｉｂ?—?ｓｉｎ?＾?０?０?０?—ｎ＾ｖ?—?ｒｒ＾ｒ?


本文編號：2912017