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机动浮标守位航位预测及编队通信方法研究
| 论文题名： | 机动浮标守位航位预测及编队通信方法研究 |
| 关键词： | 机动声纳浮标;守位航位预测;编队通信;模型预测控制;零阶防碰撞 |
| 摘要： | 哈尔滨工程大学研制的机动声纳浮标不同于传统的锚系声纳浮标，由于加装了推进系统和导航系统，机动声纳浮标具有良好的机动性能，能根据规划路径点自主前往目标位置，其区域位置保持功能新颖而又实用，当受海流、风浪等影响飘离定位点时，能依靠自身动力自动返回定位点，从而保持测量阵型的精度。机动声纳浮标采用无线电通信，受制于通信距离、不确定的网络拓扑、有限的能量、有限的带宽，如何以一种最优的方式进行浮标编队通信具有很重要的研究价值。并且如何有效地利用浮标水面网络，实现安全无碰撞的布放和回收，也是摆在研究者面前厄待解决的问题。针对所述问题， 首先，本文对研究对象进行总体概述，分为机动声纳浮标的结构、外形和控制系统三方面；参考船舶运动与建模并结合机动声纳浮标的实际应用特点，纵倾与横荡、纵荡、艏摇这三自由度可认为是解耦的，故建立三自由度运动学与动力学模型和单自由度纵倾模型；针对机动声纳浮标在航行过程中存在的环境扰动，建立海流与海浪两个干扰模型；最后对纵倾控制进行仿真。 其次，针对机动声纳浮标守位航位预测控制问题，设计基于模型预测控制方法的控制器。通过对模型预测性能指标泰勒展开的方法，将非线性的系统特性线性化，得到基于模型预测控制的机动声纳浮标航位预测控制律。最后利用MATLAB进行有海流干扰环境下的仿真实验。 再次，研究浮标编队最优的通信方法。建立机动声纳浮标的移动自组织网络，该网络由多个机动声纳浮标和母船的通信设备之间经过无线通讯链路连接组成。远端节点与母船节点通过多跳通信方式完成信息交互。网络结构为全连通平面结构，采用一种改进的GSR路由协议进行浮标之间通信，利用Dijkstra和Kruskal算法计算最优路由。最后针对浮标与母船之间的通信、浮标之间的通信等多种情况进行仿真。 最后，对机动声纳浮标编队在交互通信下的防碰撞研究。机动声纳浮标以其独特的MANET网络优势，能随时获取附近碍航浮标的准确运动状态，基于此，提出基于危险评估的浮标零阶防碰撞方法，即根据节点间的DCPA和TCPA评估碰撞风险等级，预测即将碰撞的位置，对将要出现的碰撞风险进行提前规避。 |
| 作者： | 朱凤晴 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 严浙平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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