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无人艇编队协同导航控制技术研究
| 论文题名： | 无人艇编队协同导航控制技术研究 |
| 关键词： | 无人艇;协同编队;队形控制;导航精度;无迹卡尔曼滤波;Lyapunov算法 |
| 摘要： | 近二十年来，具有体积小、速度快等优点的无人艇越来越受到各国科研机构的重视，无论是在军用还是民用方面都有广阔的使用前景，同时，无人艇的发展对我国的国防事业也具有重大的意义。 协同编队技术是无人艇研究工作中的一项重要内容，本课题是在十二五预研计划关于无人艇的研究背景下进行的，主要针对协同网络下，编队中具有低精度导航能力的小型无人艇的导航精度提高问题和整个编队的队形控制问题进行了系统的研究和阐述。论文完成的具体工作如下： 首先，从无人艇和协同编队两个方面详细阐述了本文选题的应用背景和研究的意义，概括了国内外无人艇及协同编队的研究现状，从现有的技术手段出发，分析目前在该领域研究中存在的问题，结合课题研究的项目背景，确定本论文所使用的研究方法及研究内容。 其次，对无人艇编的基本理论知识进行介绍，主要包括编队队形的基本要素、几种常见的编队队形及编队控制策略。并且通过多种控制策略的比较和课题的项目背景要求，选取合适的控制策略，以上这些介绍将有助于后文中理论方法的提出和验证。 再次，通过分析无人艇的结构和运动特性，在选取合适的坐标系下为其建立六自由度动力学和运动学模型，根据该模型以及作出的一些合理假设，对模型进行简化，得出无人艇在静水状态下的三自由度数学模型，为后面的研究打下基础。 然后，针对编队中装备低精度导航设备的小型无人艇，采用协同导航的方法，通过协同导航以提高小艇的导航精度，该研究对整体编队的队形控制有非常重要的作用。论文在对几种常见的导航算法比较分析之后，根据现有研究中的不足，结合论文中建立的协同导航模型，提出采用无迹卡尔曼滤波作为协同导航算法，并将该算法和扩展卡尔曼滤波进行详细的仿真对比和分析，验证EKF的有效性。 最后，根据已确定的控制策略，为控制器的设计建立领航者—跟随者编队控制模型，并与导航算法中的模型相一致，通过对无人艇模型的分析，利用Lyapunov算法进行控制器的设计，使得跟随艇能够通过控制器的作用，确保与领航艇之间保持期望的相对位置和期望航向角，达到跟踪的目的。通过仿真验证了控制器对于跟随艇具有良好的控制效果。针对两条艇以上的编队，在小型无人艇导航精度得到提高的基础上，论文采用图论的方法对编队队形进行描述，并对三条艇的编队设计无人艇之间的位置关系和控制关系，对整个编队的队形进行控制，仿真结果显示了编队具有良好的队形保持效果。 |
| 作者： | 马瑞龙 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 周卫东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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