海洋作業(yè)危險(xiǎn)、骯臟、枯燥等特點(diǎn)日益凸顯,使人類對(duì)無(wú)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(jìn)步為無(wú)人船的實(shí)現(xiàn)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。目標(biāo)探測(cè)與跟蹤是無(wú)人船必須具備的能力之一,在海洋軍事作戰(zhàn)、海洋科學(xué)研究和海洋救援等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文基于GNC架構(gòu)完整構(gòu)建了無(wú)人船目標(biāo)探測(cè)與跟蹤系統(tǒng),并在案例三體船上完成了試驗(yàn)航行驗(yàn)證。系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括7個(gè)模塊,分別為數(shù)據(jù)預(yù)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(jì)、靜態(tài)地圖構(gòu)建和目標(biāo)跟蹤控制。數(shù)據(jù)預(yù)處理將激光雷達(dá)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(jì)算規(guī)模;數(shù)據(jù)分割基于DBSCAN聚類生成相互獨(dú)立的類簇;特征提取基于主成分分析提取各個(gè)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(biāo)和類簇間建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系;狀態(tài)估計(jì)使用卡爾曼濾波完成目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的預(yù)報(bào)和估計(jì);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(biāo)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(biāo)航行。本研究實(shí)現(xiàn)了無(wú)人船的自主目標(biāo)探測(cè)與跟蹤,使無(wú)人船能夠基于激光雷達(dá)對(duì)周圍環(huán)境的掃描結(jié)果,探測(cè)到周圍環(huán)境中的障礙物,并對(duì)具有一定特征的目標(biāo)進(jìn)行自主跟蹤航行。 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：89 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

AAWA無(wú)人船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1-3 所示。視線法跟蹤目標(biāo)時(shí)，需要引入除跟蹤船位置和被跟蹤目標(biāo)位置以外的第三個(gè)位置作為參考點(diǎn)，由參考點(diǎn)指向目標(biāo)點(diǎn)的向量稱為 LOS 矢量，決策依據(jù)是使被控對(duì)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(xué)的侯春曉等研究者將 LOS 法應(yīng)用于內(nèi)河無(wú)人船的曲線循跡[26]。純跟蹤法跟蹤目標(biāo)時(shí)，只考慮跟蹤船位置和被跟蹤目標(biāo)位置，決策依據(jù)是使被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)方向等于跟蹤船位置指向被跟蹤目標(biāo)位置的矢量方向。方位不變法跟蹤目標(biāo)時(shí)，同樣只考慮跟蹤船位置和被跟蹤目標(biāo)位置，但需要了解被跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，決策依據(jù)是使被控對(duì)象的速度為兩個(gè)分速度的矢量和，其中一個(gè)分速度是被跟蹤目標(biāo)的速度，另一個(gè)分速度的方向是跟蹤船位置指向被跟蹤目標(biāo)位置的矢量方向，大小在合速度不超過(guò)上限的前提下根據(jù)實(shí)際情況決定。圖 1-3 目標(biāo)跟蹤決策方法[25]Fig.1-3 Target tracking guidance method

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

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]內(nèi)河無(wú)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(hào)：2958491