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基于虚拟现实的AUV集群搜索仿真系统设计与实现
| 论文题名： | 基于虚拟现实的AUV集群搜索仿真系统设计与实现 |
| 关键词： | 自主水下航行器;全覆盖搜索;虚拟现实;仿真系统;Unity3D |
| 摘要： | 近年来，随着国家维护领海主权，建设海洋强国战略部署的实施，人们对海洋领域的探索、开发越来越深入。自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicles,AUVs)具有自主性高、探测范围大等特点，常常作为水下探索的重要工具。然而，AUV在实际的海上测试环节花费的经费高、周期长，对操作人员的风险也比较大，使用虚拟现实仿真技术来完成相关的测试工作可以有效的避免上述问题，虚拟现实仿真技术具有可重复性、搭建时间短等特点。因此，本文搭建了基于虚拟现实的AUV集群协同搜索仿真系统，模拟AUV集群协同搜索目标海域的过程。并对集群的协同全覆盖搜索算法进行研究，论文的主要工作如下： 首先，阐述了虚拟现实仿真系统和AUV集群的研究背景和意义，总结了国内外在仿真系统、集群编队、区域搜索方面的研究现状，梳理了虚拟现实仿真系统的主要需求，根据上述需求设计了AUV虚拟现实仿真系统及各模块的结构，介绍了其主要运行流程。 其次，针对AUV集群的路径跟踪控制问题，建立了运动学模型，之后通过设计AUV的制导律及集群内各个AUV之间的协同参数，实现了AUV集群的协同路径跟踪。最后对集群的协同路径跟踪进行了仿真验证，仿真结果表明AUV集群能够协同地跟踪期望路径。 然后，针对传统AUV集群协同搜索过程存在的遗漏区域，提出了基于Dubins曲线的AUV集群协同全覆盖搜索优化算法，该算法考虑了AUV转弯半径的影响，给出了集群中不同位置AUV转弯时机的优化方法。同时融合Dubins曲线到集群的外侧路径中，使集群在满足目标区域全覆盖的条件下重复搜索面积最小。仿真结果表明，基于Dubins曲线的AUV集群协同全覆盖搜索优化算法在覆盖范围方面比传统牛耕式集群搜索算法更具优势。 最后，针对AUV集群实际测试环节存在的问题，搭建了AUV集群虚拟现实仿真系统。首先通过3D建模软件3DSMax搭建AUV三维模型，在虚拟现实仿真引擎Unity3D中搭建集群的仿真场景，对上述算法进行虚拟现实仿真验证。之后利用TCP/IP协议完成虚拟现实仿真系统与集群协同路径跟踪系统的数据通讯，最终实现了AUV集群协同搜索仿真。 综上，本文所开展的基于虚拟现实的AUV集群协同搜索仿真系统研究工作，为AUV集群的实际测试环节打下了较好的基础。 |
| 作者： | 刘佳宁 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 郑凯 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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