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面向近底作业的自主水下航行器安全系统研究
| 论文题名： | 面向近底作业的自主水下航行器安全系统研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;近底作业;系统理论过程分析;应急决策 |
| 摘要： | 随着人类对海底资源开发需求的逐步增大，自主水下航行器(AutonomousUnderwaterVehicle,AUV)已经在海洋科学研究领域得到广泛的应用。但是，随着作业深度不断增大、作业时间不断延长和作业难度愈加复杂，以及近底环境的复杂性和不可预测性，如何提高AUV近底作业安全性已成为AUV研究领域的重要课题。 中小型AUV以其操纵灵活、调试方便、转运便捷等优点，能够适应更广泛的水下作业需求。但是更复杂的近底任务场景也使得AUV在近底航行时面临失控、触底等问题。为此，本文面向中小型AUV的近底探测任务，针对如何从多角度提升安全性的问题从系统架构优化层面、航行工况避障层面和应急工况避险层面入手进行分析，设计安全系统来提高AUV航行安全性，具体方法如下。 首先利用系统理论过程分析框架对AUV安全控制架构进行系统分析，包括软硬件设计架构和通信链路的合理性等，并针对软硬件优化提出合理改进意见，实现了在系统架构优化层面提高AUV安全性。然后基于AUV操纵性设计AUV垂直面动态安全领域，并基于此改进人工势场法，通过近底扫测任务场景下仿真对比验证算法的对底避障能力，实现了在航行工况避障层面提高AUV安全性。最后结合有限状态机理论和奶酪模型设计AUV状态转移模型和分层预警框架，并基于AUV操纵性和安全性分析结果细化预警逻辑，通过实艇试验验证了航行期间的风险决策和应急控制，实现了在应急工况避险层面提高AUV安全性。 面向近底作业的AUV安全系统分别实现了AUV系统强耦合组件间安全性分析及架构优化、近底作业时AUV安全性和复杂地形适应能力提高、以及航行遇险时及时应急决策降低遇险损失。满足AUV近底航行时对于安全性的需求，对于提升AUV近底作业安全性具有重要意义。 |
| 作者： | 安金鑫 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 杨少龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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