无人潜水器水下搜救理论与技术PDF电子书下载

第1章 无人潜水器水下搜救概述 1

1.1 深海潜水器 1

1.1.1 载人潜水器 2

1.1.2 无人潜水器 2

1.2 无人潜水器研究概况 3

1.2.1 有缆遥控无人潜水器 4

1.2.2 无缆自治无人潜水器 6

1.2.3 国内深海潜水器研究 8

1.3 无人潜水器水下搜救关键技术 11

1.3.1 无人潜水器水下环境感知与地图构建技术 11

1.3.2 无人潜水器的导航与通信系统 12

1.3.3 无人潜水器的水下路径规划及安全避障技术 13

1.3.4 无人潜水器的轨迹跟踪控制技术 14

1.3.5 无人潜水器的水下目标探测与识别技术 15

1.3.6 无人潜水器故障自诊断与容错控制技术 16

1.3.7 多潜水器水下协作搜救技术 17

参考文献 19

第2章 信息融合与水下地图构建 22

2.1 无人潜水器坐标系统 22

2.2 无人潜水器水下搜救环境模型 25

2.3 声纳传感器参数与模型的建立 27

2.3.1 前视声纳模型 27

2.3.2 声纳传感器参数与模型建立 28

2.4 基于D-S信息融合的AUV地图构建与更新 29

2.4.1 D-S信息融合算法 29

2.4.2 AUV地图构建系统组成 30

2.4.3 AUV地图栅格的状态判别规则 32

2.5 构建地图仿真结果及分析 33

2.5.1 实验环境初始化及仿真流程 33

2.5.2 地图构建准确率的定义 33

2.5.3 仿真结果及分析 34

参考文献 41

第3章 人工势场AUV水下路径规划 43

3.1 人工势场模型 44

3.1.1 引力势场建模 44

3.1.2 斥力势场建模 45

3.2 人工势场路径规划的局部极小问题 47

3.3 人工势场的AUV路径规划 49

3.3.1 改进的引力势场函数 49

3.3.2 仿真实验及分析 50

3.3.3 局部极值问题 59

3.4 海流状况下的AUV人工势场路径规划 62

3.4.1 AUV在海流环境的运行特点 62

3.4.2 速度矢量合成与人工势场集成的路径规划算法 63

3.4.3 仿真实验及分析 67

参考文献 74

第4章 生物启发AUV水下路径规划 76

4.1 生物启发神经动力学的基本原理 76

4.2 生物启发神经网络模型 77

4.2.1 二维生物启发神经网络模型 77

4.2.2 三维生物启发神经网络模型 78

4.2.3 模型的稳定性分析 79

4.3 模型的参数敏感性分析 81

4.3.1 神经元之间的连接权系数 81

4.3.2 神经元的外部输入信号 82

4.3.3 神经元活性输出的取值范围 82

4.3.4 神经元活性值的衰减速率 83

4.4 基于生物启发神经动力学模型的AUV全局路径规划 85

4.4.1 水下环境建模 85

4.4.2 环境信息已知的点到点路径规划方法 86

4.5 环境信息未知全局路径规划方法 91

4.5.1 路径规划模型初始化 91

4.5.2 路径规划中的死锁问题 92

4.5.3 路径规划的实现与效果对比 93

4.6 基于声纳的长距离路径规划应用 94

4.6.1 AUV与环境建模 95

4.6.2 声纳传感器信息处理 96

4.6.3 神经网络模型及目标点激励 98

4.6.4 长距离路径规划实验 100

4.7 基于三维生物启发神经网络的路径规划 102

4.7.1 三维环境地图与三维神经网络模型 102

4.7.2 路径规划算法 103

4.7.3 路径规划仿真实验 104

4.7.4 路径优化 104

参考文献 107

第5章 无人潜水器水下轨迹跟踪控制 109

5.1 基于生物启发模型的运动学三维轨迹跟踪 112

5.1.1 无人潜水器运动学轨迹跟踪控制 112

5.1.2 生物启发模型 114

5.1.3 基于生物启发模型的反步运动学控制算法 115

5.1.4 仿真与分析 118

5.2 基于生物启发模型的动力学三维轨迹跟踪 122

5.2.1 基于生物启发模型的反步滑模级联动力学跟踪控制算法 122

5.2.2 FALCON三维跟踪控制仿真 125

5.2.3 蛟龙号三维跟踪控制仿真 132

5.3 海流状况下的自适应三维轨迹跟踪控制 141

5.3.1 无人潜水器的传统自适应控制 141

5.3.2 海流状况下基于自适应控制的无人潜水器轨迹跟踪控制 143

5.3.3 仿真与分析 146

参考文献 154

第6章 多AUV水下搜救任务分配 158

6.1 自组织多AUV多任务分配与路径规划算法 159

6.1.1 自组织特征映射（SOM）神经网络 159

6.1.2 基于SOM的多AUV系统的多任务分配 161

6.1.3 三维速度矢量合成算法 163

6.2 仿真结果 163

6.2.1 无海流环境下的多任务分配与路径规划 163

6.2.2 静态海流环境下的多任务分配与路径规划 166

6.2.3 时变海流环境下的多任务分配与路径规划 167

6.2.4 时变海流环境下的动态多任务分配与路径规划 169

6.3 栅格信度自组织多AUV多任务分配与路径规划算法 172

6.3.1 栅格位置信度函数 173

6.3.2 方向信度函数 173

6.3.3 AUV路径选择策略与权值更新 174

6.4 基于改进SOM算法的三维多AUV任务分配仿真及分析 175

6.4.1 三维静态环境中的多AUV任务分配仿真及分析 175

6.4.2 三维动态目标环境中的多AUV任务分配仿真及分析 176

6.4.3 三维动态障碍物环境中的多AUV任务分配仿真及分析 179

参考文献 181

第7章 多AUV水下编队控制 183

7.1 多AUV主从式运动学编队控制研究 187

7.1.1 基于领航AUV位置信息的虚拟AUV设计 187

7.1.2 运动学编队控制律设计 190

7.1.3 稳定性分析 192

7.1.4 运动学编队控制仿真及结果分析 193

7.2 多AUV编队避障方法研究 200

7.2.1 基于人工势场的多AUV编队避障方法 201

7.2.2 基于人工势场的多AUV避障仿真 203

参考文献 207

第8章 多AUV协作搜索 210

8.1 生物启发神经网络搜索路径规划模型 212

8.1.1 二维搜索路径规划模型 213

8.1.2 三维搜索路径规划模型 214

8.2 基于生物启发神经网络的二维多AUV目标搜索仿真及分析 215

8.2.1 二维环境中静态目标搜索 215

8.2.2 二维环境中动态目标搜索 218

8.2.3 二维环境中部分AUV出现故障情况下的目标搜索 219

8.2.4 二维环境中不同算法的性能比较 221

8.3 基于生物启发神经网络的三维多AUV目标搜索仿真及分析 223

8.3.1 三维环境中静态目标搜索 223

8.3.2 三维环境中动态目标搜索 225

8.3.3 三维环境中部分AUV出现故障情况下的目标搜索 226

8.3.4 三维环境中不同算法的性能比较 229

8.4 海流环境中的多AUV目标搜索 231

8.4.1 海流模型 231

8.4.2 速度矢量合成算法 232

8.5 三维海流环境中的多AUV目标搜索仿真及分析 233

8.5.1 三维常值海流环境下的多AUV目标搜索 233

8.5.2 三维动态海流环境下的多AUV目标搜索 234

8.5.3 三维动态海流环境下的多AUV动态目标搜索 236

参考文献 238

第9章 无人潜水器研发与搜救实践 240

9.1 AUV系统设计 240

9.1.1 核心控制系统 242

9.1.2 水面导航定位系统 243

9.1.3 任务传感系统 244

9.1.4 运动控制系统 244

9.1.5 能源动力系统结构设计 246

9.2 主要硬件设备介绍 247

9.2.1 罗经（附带陀螺仪） 247

9.2.2 深度计 247

9.2.3 推进器 248

9.2.4 嵌入式模板 249

9.3 嵌入式系统软件设计 253

9.3.1 VxWorks简介 253

9.3.2 VxWorks集成开发环境Tornado2.2 254

9.4 无人潜水器水下搜救案例 254

9.4.1 搜寻任务背景 254

9.4.2 搜寻任务准备 256

9.4.3 ROV搜索路径规划 256

9.4.4 水面定位 257

9.4.5 水下目标搜寻 258

参考文献 262