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面向岛礁监视的多UUV目标搜索与跟踪方法研究
| 论文题名： | 面向岛礁监视的多UUV目标搜索与跟踪方法研究 |
| 关键词： | 水下无人航行器;协同目标搜索;目标跟踪;监视策略 |
| 摘要： | 近年来，随着海洋领域的争端不断，对于岛礁周围海域的监视成为一项亟待解决的问题，水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)作为一种可控性好、续航能力长、搭载能力强的新型水下装备是解决该问题的重要手段。本课题为解决面向岛礁监视的多UUV目标搜索与跟踪问题，主要开展了关于多UUV协同目标搜索算法、UUV运动目标估计及跟踪导引方法、多UUV岛礁监视策略等方面的研究。主要研究内容如下: 首先，对多UUV协同岛礁监视问题进行分析，制定了监视策略，并且对研究所需涉及的要素进行建模，包括近岛礁任务区域模型、UUV运动学模型、前视声呐探测模型以及目标运动模型，此外分析了UUV间的信息交互功能。 其次，对多UUV协同目标搜索问题进行定义和特性分析，提出了基于改进粒子群算法的多UUV协同目标搜索算法。研究中对基本概率图模型加入各个UUV的占用信息进行改进。以此为基础制定了合理的协同搜索任务优化目标、建立了UUV状态空间模型。基于滚动优化在线求解思想，引入预测控制，对传统粒子群算法进行改进实现多UUV协同目标搜索。仿真结果表明提出的改进算法在复杂环境中具有更好的目标搜索效果，且对于不同性质区域具有不同的巡逻频率。 然后，针对运动特性复杂的目标跟踪问题，基于IMM-UKF对多种模型融合的运动目标状态估计方法的研究，提出了改进的IMM算法，能实现模型集的自适应选择。在估计出目标运动状态后，结合视线导引法制定了UUV跟踪运动目标的导引策略，使UUV能够保持尾随目标的跟踪状态。仿真结果表明所设计的目标状态估计方法和跟踪导引策略具有良好的跟踪效果。 最后，基于Matlab的GUI设计，完成了多UUV岛礁监视仿真系统搭建。将课题中涉及的协同搜索、目标跟踪和监视策略三个子模块进行封装集中，通过设置相关参数直接对多UUV岛礁监视场景进行仿真。通过设计不同的仿真案例，对本文所做的研究给出了系统性的验证。 |
| 作者： | 何靓文 |
| 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： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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