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舰载机牵引车自动引导方法研究

舰载机牵引车自动引导方法研究

作     者:徐庆义 

作者单位:哈尔滨工业大学 

学位级别:硕士

导师姓名:赵永平

授予年度:2023年

学科分类:082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0826[工学-兵器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题:舰载机牵引车 自动引导 支持向量机 卡尔曼滤波 路径规划 

摘      要:舰载机的出动能力直接影响航母在海上的战斗力,目前使用传统的牵引车与人工协调的方式存在效率低下、安全性差等问题,不适用于现代化的舰载机牵引作业。因此,亟需探索更高效的舰载机牵引作业方式。鉴于此,本文针对舰载机牵引作业的两个核心流程开展研究:牵引车在甲板上的自动引导跟随和机库内的自动化入库作业,旨在设计一种在航母上用于牵引车牵引舰载机的自动引导方法。主要研究工作如下: (1)首先介绍了引导系统的软、硬件平台搭建,并分析了牵引车的阿克曼转向模型实现对牵引车的控制,针对舰载机在牵引过程中存在复杂的碰撞问题,先建立了驮伏式牵引车的舰载机牵引模型,在此基础上针对牵引过程的完整性约束,研究了基于凸壳模型的碰撞检测方法。 (2)针对在甲板上牵引车引导跟随的行进速度控制问题,开展了基于三维点云的领航员目标检测与跟踪研究。利用激光雷达获取三维点云,设计点云预处理方法提取扫描到的目标,然后研究基于支持向量机的行人目标检测方法,检测的准确度可达96%。同时为解决跟随时存在干扰人员影响,采用了IOU匹配结合卡尔曼滤波的单目标跟踪算法有效提取了领航员的位置信息。最后基于领航员与牵引车的距离关系,设计了基于三阶段速度控制模型。结果表明该方法能够有效地实现在甲板上对牵引车的行进速度控制。 (3)针对在甲板上牵引车引导跟随的转向角度控制问题,开展了基于视觉的引导线检测算法研究。利用预处理方法消除黑色斑点干扰,分析引导线与甲板平面颜色差异,基于颜色特征进行引导线区域提取,并结合闭运算方法填补引导线内部缺陷。采用分段中心矩进行引导线的偏移量计算减少相机拍摄存在镜头畸变的影响,计算的偏移量误差小于1cm。最后为解决引导线丢失检测,设计了偏移量融合领航员坐标信息的角度控制模型。结果表明该方法能够有效的实现对牵引车的转向角度控制。 (4)为提高舰载机入库的自动化水平,开展了牵引车牵引舰载机自动入库方法研究。分析现有的航母机库场景、停机位置,研究了典型舰载机三段式倒车入库的路线,并针对航母机库的空旷环境特点,设计了改进混合A*的路径规划算法,仿真实验表明该算法能够有效地引导牵引车按照三段式规则入库,完成牵引车上驮伏的舰载机的自动化入库作业。

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