海洋作業(yè)危險、骯臟、枯燥等特點日益凸顯,使人類對無人船的需求日益提高,而高性能傳感器、高帶寬通訊和智能控制器等技術(shù)的進步為無人船的實現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。目標探測與跟蹤是無人船必須具備的能力之一,在海洋軍事作戰(zhàn)、海洋科學研究和海洋救援等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。本文基于GNC架構(gòu)完整構(gòu)建了無人船目標探測與跟蹤系統(tǒng),并在案例三體船上完成了試驗航行驗證。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括7個模塊,分別為數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)分割、特征提取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、狀態(tài)估計、靜態(tài)地圖構(gòu)建和目標跟蹤控制。數(shù)據(jù)預處理將激光雷達的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維信息矩陣,降低了系統(tǒng)的計算規(guī)模;數(shù)據(jù)分割基于DBSCAN聚類生成相互獨立的類簇;特征提取基于主成分分析提取各個類簇的特征;數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)使用最近鄰域算法在已知目標和類簇間建立一一對應的關(guān)系;狀態(tài)估計使用卡爾曼濾波完成目標運動狀態(tài)的預報和估計;靜態(tài)地圖構(gòu)建將逐漸積累的靜態(tài)障礙物信息保存;目標跟蹤控制使用基于純跟蹤法的航向控制器控制船模跟蹤目標航行。本研究實現(xiàn)了無人船的自主目標探測與跟蹤,使無人船能夠基于激光雷達對周圍環(huán)境的掃描結(jié)果,探測到周圍環(huán)境中的障礙物,并對具有一定特征的目標進行自主跟蹤航行。 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

AAWA無人船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1-3 所示。視線法跟蹤目標時，需要引入除跟蹤船位置和被跟蹤目標位置以外的第三個位置作為參考點，由參考點指向目標點的向量稱為 LOS 矢量，決策依據(jù)是使被控對象逐漸貼近 LOS 矢量航行。LOS 法常用于直線循跡航行決策，上海交通大學的侯春曉等研究者將 LOS 法應用于內(nèi)河無人船的曲線循跡[26]。純跟蹤法跟蹤目標時，只考慮跟蹤船位置和被跟蹤目標位置，決策依據(jù)是使被控對象的運動方向等于跟蹤船位置指向被跟蹤目標位置的矢量方向。方位不變法跟蹤目標時，同樣只考慮跟蹤船位置和被跟蹤目標位置，但需要了解被跟蹤目標的運動速度，決策依據(jù)是使被控對象的速度為兩個分速度的矢量和，其中一個分速度是被跟蹤目標的速度，另一個分速度的方向是跟蹤船位置指向被跟蹤目標位置的矢量方向，大小在合速度不超過上限的前提下根據(jù)實際情況決定。圖 1-3 目標跟蹤決策方法[25]Fig.1-3 Target tracking guidance method

上海交通大學碩士學位論文第二章 無人船試驗平臺 船體本文模型試驗平臺的整體架構(gòu)如圖 2-1 所示�！癟LG001”無人三體船系和實現(xiàn)始于 2015 年，主要服務(wù)于船工系本科生的無人船創(chuàng)新實驗課程和科研工作，至今已作為試驗平臺在無人船循跡、自主避碰、自動靠泊等中發(fā)揮了重要作用。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]內(nèi)河無人船局部路徑規(guī)劃和循跡控制[J]. 侯春曉,許勁松,楊榮武.  船舶工程. 2017(06)
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本文編號：2958491