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小型自主水下航行器目标跟踪控制方法研究
| 论文题名： | 小型自主水下航行器目标跟踪控制方法研究 |
| 关键词： | 自主水下航行器;目标跟踪;运动估计;控制策略;仿真实验 |
| 摘要： | 随着自主水下航行器(以下简称AUV)自主能力和智能水平的提高，水下目标跟踪日渐成为AUV水下自主作业的关键技术之一。AUV目标跟踪技术对于海洋国土监视、近岸预警或近海防御、海底管线跟踪与维修等，具有重要的研究价值。 本文针对AUV动目标跟踪问题进行研究，研究内容如下： 首先，分析了AUV运动控制系统，在水平面内建立AUV动力学模型和运动学模型；针对AUV的跟踪对象，分别建立了目标的非机动和机动运动模型，包括匀速运动模型，匀加速运动模型和一阶时间相关(Singer)模型。基于经典PID控制理论设计了AUV目标跟踪控制器。 其次，基于卡尔曼滤波理论研究目标运动估计方法，分别采用卡尔曼滤波器和自适应卡尔曼滤波器完成对非机动目标和机动目标的运动估计。 再次，以AUV推进系统能耗最小为目标跟踪控制原则，设计了基于区域划分的目标跟踪控制策略。根据AUV测量传感器的探测范围，在保证AUV安全运动前提下将AUV与目标的运动区域划分为不同的区间。通过目标跟踪切换控制实现对动目标的跟踪，当目标运动超出区域边界时，启动AUV实行目标跟踪控制，从而节省AUV推进能耗。 最后，针对所研究的目标跟踪控制策略和跟踪方法，完成仿真实验验证。未考虑AUV运动模型条件下，对AUV目标跟踪过程中启动跟踪、监视目标、确保安全距离几种情况进行仿真验证。考虑AUV水平面运动模型，基于目标运动估计结果完成了AUV动目标跟踪控制仿真实验，验证了目标跟踪控制方法的有效性和可行性。 研究的深入和科学技术的进步，水下目标跟踪控制技术必将朝着更高更远的方向发展。 |
| 作者： | 时晶晶 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 王宏健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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