原文传递
基于UWOC的AUV回坞引导关键技术研究
| 论文题名： | 基于UWOC的AUV回坞引导关键技术研究 |
| 关键词： | 水下自主航行器;自主回坞功能;水下无线光通信;APT技术 |
| 摘要： | 随着人类活动对地面探索的愈发完善，孕育丰富资源的海洋将成为探索研究的重点，而承载这一工作的主要载体水下自主航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）的研究自然必不可少的。当前的水声通信带来的低传输效率和搭载的电池容量限制，均使得AUV探测的便捷性、自主性和隐蔽性收到影响。而解决这一瓶颈的可行方案之一则是依托于光通信链路高效链路传输的同时，引入自由空间光学的捕获、定位、跟踪（Acquisition,Pointing,Tracking,APT）技术，在维持光链路高效传输的同时，引导AUV自主完成回坞操作，提高AUV的自主性能，增强AUV的单次探索范围。 本文在水下光传输模型的基础上，结合多种水下扰动模型，设计了一套水下无线光通信(Underwater wireless optical communication,UWOC)的APT回坞引导方案，用于辅助AUV在构建光链路的同时完成自主回坞。论文的主要工作和创新体现在三个方面，首先构建存在背景光噪声、湍流和水流的多扰动水下环境模型，用以更真实地模拟近海水下的复杂情况，以此更全面的测试本文回坞引导方案在不同扰动情况下的相关性能。其次，本文在环境建模的基础上，设计了类球形的通信节点，采用14个独立激光源的多光源协同扫描方案，并通过接收光强和接收器内部几何关系，构建定位误差方程，对当前AUV位置进行解算。通过理论推导和仿真实验分析证实了该方案能在15m内捕获率不低于50%，同时在存在扰动情况下，14个光源依然能实现平均扫描耗时低于4s的高效全域扫描，并面对弱湍流依然能正常完成定位工作。最后，本文在自主构建的扫描定位算法基础上，利用前后定位的差异构建概率函数，进一步减小定位误差，并结合节点的重扫描机制，设计了两种不同类型的基于接收光强的节点引导回坞方案，通过仿真模拟，其在无湍流、无海流的理想水域环境15m内的AUV回坞成功率高于80%。此外本文还利用上述构建的水下环境模型仿真实验分析了该方案在应对不同强弱湍流情况下的回坞效果，实验表明该方案在弱湍流情况下依然有不错回坞引导成功率。 |
| 作者： | 陈实 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 杨帆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
