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基于声学通信的多AUV编队导航与协调控制
| 论文题名： | 基于声学通信的多AUV编队导航与协调控制 |
| 关键词： | 自主式水下航行器;协同定位;时间延迟;数据丢包;群集运动控制 |
| 摘要： | 在当今科技飞速发展的形势下，各国都将目光投向了海洋，不论是军事领域还是资源勘探领域，水下无人航行器(Autonomous Unmanned Vehicle，AUV)以其小体积、低成本以及自主航行的特点成为了领域内的研究热点，它能够在危险或者未知的水域执行任务。但随着水下任务的日益复杂，仅依靠单一AUV是很难满足务要求的，经过深入探索，研究人员考虑利用多台AUV来共同完成任务。无论执行哪种任务，定位能力都是最开始也是最重要的一步，本文也将针对多AUV协同定位系统中涉及的相关问题进行研究。论文的主要工作有: 1、本文以AUV的水下实际应用为基础，首先对AUV的发展历史、研究进展与成果进行介绍，之后对定位系统中的通信延迟和量测数据丢失问题进行研究。随后针对多AUV协同定位系统中装备的传感器进行了特性介绍，并结合所配备的传感器，阐述了AUV协同定位原理。根据AUV航位推算的模型，建立了相应的系统模型，同时给出了基于扩展卡尔曼滤波的协同定位方法，又对处于单领航者模式和多领航者模式的定位系统进行了方法仿真验证。 2、在受通信时滞问题影响的前提下，研究了基于延时和数据丢失的协同导航定位方法，首先计算时间延迟条件下的一步预测状态误差，完成基于状态补偿的DEKF算法设计，通过仿真方法证明了该方法能有效地对由于时间延迟而产生的定位误差进行补偿。 3、采用滚动时域估计方法解决多AUV协同定位系统中由于数据丢失而造成的量测不确定问题。首先建立水声通信延迟和数据丢失过程的数学模型，进行了从AUV仅仅利用有限数量的水声通信等效量测实现系统最优估计的可行性分析，在此基础上提出了基于DEKF的延迟滚动时域估计方法(Delayed Moving Horizon Estimation，DMHE)，并利用该方法实现了由于水声通信约束而造成的定位误差修正。 4、针对多AUV协同定位过程中出现的群集内个体间保持聚集以及避免互相碰撞的问题采用一种基于动态网络拓扑的编队方法，将AUV看作网络中的节点，通过设置势场函数来满足编队要求;另外针对航行中可能出现的障碍物，采用人工势场法来进行在线规划。仿真结果表明，在多AUV协同定位系统中这两种方法可以达到较好效果，最终保持了AUV群集的聚集，实现了对障碍物的规避。 |
| 作者： | 王超 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 徐博 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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