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面向地形勘察使命的多AUV协同区域覆盖控制方法研究
| 论文题名： | 面向地形勘察使命的多AUV协同区域覆盖控制方法研究 |
| 关键词： | 地形勘察;自主水下航行器;局部路径规划;区域覆盖控制;动态角色分配 |
| 摘要： | 海洋是具有发展潜力的空间。然而,人类并不适合于去探索水下环境。因此,自主水下航行器(以下简称AUV)被广泛用于进行水下探索。单个AUV可能难以胜任十分复杂的任务,于是多AUV系统逐渐显现出来,通过建立合理的多AUV之间的协同机制,能够改善单个AUV的功能缺陷,提高作业效率。利用多AUV系统来进行海洋开发,就必须要对海洋地形进行勘察,而勘察的基础也就是实现海洋勘察区域的全覆盖,因此对于多AUV区域覆盖控制方法的研究逐渐深入起来。 通过多执行多区域地形勘察任务可以实现较短时间内较大范围区域的探测与覆盖的目标,提高了单AUV执行区域覆盖探测任务的效率,并可以应用于大范围水雷探测、海底资源或结构物勘探等领域,已成为水下AUV技术领域研究的重点。本文面向海底地形勘察使命研究多AUV群体协同区域覆盖控制方法,重点研究了AUV局部路径规划、单AUV区域覆盖控制、多AUV协同区域覆盖控制等方法,并通过构建三维协同仿真平台验证所研究方法的有效性和可行性。 本文主要开展了以下方面的研究工作: 首先,开展了面向AUV区域覆盖的局部路径规划方法研究,建立了前视声纳的视域模型,用其进行障碍物的探测,通过对比粒子群、蚁群算法的优缺点,设计了一种粒子群蚁群相融合的AUV局部路径规划算法,并在Qt平台下完成粒子群规划、蚁群规划及融合规划的仿真对比实验。 其次,针对部分已知环境下AUV区域覆盖控制问题,建立了AUV模型、探测区域地形模型以及外部干扰模型,给出了环境干扰下有效探测宽度的计算方法,并设计了基于有效探测宽度计算的区域覆盖控制方法。 再次,设计了多AUV协同区域覆盖任务中的两种角色,提出了动态角色分配机制,并且详细介绍了角色的定义以及相关模型,此方法将AUV分为扫描与覆盖两种角色,通过角色互换实现高效、协同区域覆盖,通过对改进前后的区域覆盖控制方法的性能评价和Qt平台下仿真实验结果,验证了该方法的有效性。 最后,基于Creator建模和VegaPrime开发软件,构建了多AUV协同区域覆盖控制三维协同仿真平台,给出了AUV、探测区域地形的三维建模方法以及VegaPrime三维仿真平台开发的程序流程,通过模拟海洋环境进行了多AUV协同区域覆盖控制仿真实验,结果表明:本文所提出的方法能够实现多AUV群体协同高效并较全面地完成多区域的覆盖控制。 |
| 作者： | 王雨 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 王宏建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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