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未知环境下多AUV目标搜索与定位研究
| 论文题名： | 未知环境下多AUV目标搜索与定位研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;目标定位;自适应搜索能力;海洋环境 |
| 摘要： | 现如今，各国对海洋开发和竞争日趋激烈，面对未知复杂的海洋环境，人们对水下目标的搜索和定位问题一直以来不断研究，自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)作为一种灵活性高、自主能力强的新型水下装备是解决水下问题的重要手段。本文针对面向完全未知的水下环境中，多AUV协同目标搜索与定位研究展开如下: 首先，针对未知环境下目标搜索与定位的重点、难点问题进行分析，并通过构建环境的栅格模型、AUV运动学模型、前视声纳模型和目标的特征模型，详细分析了AUV自身运动限制、声纳中干扰噪声和视觉阈值等限制的影响。 其次，对AUV目标定位问题进行分析，本文利用Bayes概率估计对AUV的位置状态信息做定位估计，在多AUV系统中，每个目标被多次观测后，以最初观测得到先验信息的基础上，不断补充目标观测样本信息，得到后验概率估计，因此可以不断降低定位误差，保障定位精度。目标位置估计前还需要准确知道AUV自身位置，利用优化方法为AUV设计航路时，利用卡尔曼滤波降低AUV运动噪声的影响，并通过仿真比较UKF与EKF，选择估计效果较好的UKF应用。 然后，考虑到搜索方法具有时效性，本文提出一种利用子区域搜索策略的基于感知自适应目标搜索方法展开研究，自适应搜索方法为AUV在线设计搜索航迹，相比于其他离线设计的优化航迹来说，能够保障定位精度的同时避免关键信息遗漏。由于优化算法本身对环境数据具有严重的依赖性，根据声纳模型参数，将大范围海域划分为若干子区域，在视域范围内无目标情况下，可以利用子区域搜索策略，以多AUV系统间的协同关系，提高搜索效率，保障目标搜索与定位任务的有效实施。考虑到在水下环境中，会存在不确定性障碍物威胁，根据时效性原则，将改进后的动态窗口法应用于避障中。最后仿真验证了上述方法的可行性和自适应搜索能力。 最后，将上述目标搜索与定位方法应用到三维未知水下环境中，根据声纳参数，按照不同深度划分搜索层，且每个搜索层利用子区域搜索策略，多AUV系统间可通过对不同搜索层的搜索状态和自身所在搜索层的状态，优化计算后，异步切换不同深度的搜索层，使其能够合作完成目标搜索与定位任务。通过仿真验证了多AUV系统在出现故障AUV和动态目标的情况下，该方法的环境适应力和对搜索效率。 |
| 作者： | 张秉健 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 李娟;侯山高 |
| 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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