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小型auv研制策略分析

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舰船电子工程 2022年第10期42卷 1-3页

作者：张宇张明宇吴晓阳陈海龙武警海警学院机电管理系宁波315801

综述了国内外小型auv发展与应用现状,提出了相应的性能要求,重点从型体、推进器、电机选配以及性能测试等方面对小型auv研制策略进行了分析,并根据当前现状探讨了小型auv技术发展趋势,为后续装备的研制和测试提供理论指导和方法借鉴。

关键词：小型auv 研制策略分析

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小型auv动力定位建模与控制仿真

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舰船科学技术 2019年第5期41卷 93-96页

作者：蔡炜王俊雄上海交通大学船舶海洋工程国家重点实验室上海200240

伴随着水下潜航器的进一步深入研究,auv产品正朝着小型化、民用化的方向不断发展。以小型auv为研究对象的水动力性能分析、路径规划、水下通信等问题成为auv产品设计的核心所在。本文基于ITTC双参数波浪谱及漂移力计算公式,在Matlab中... 详细信息

伴随着水下潜航器的进一步深入研究,auv产品正朝着小型化、民用化的方向不断发展。以小型auv为研究对象的水动力性能分析、路径规划、水下通信等问题成为auv产品设计的核心所在。本文基于ITTC双参数波浪谱及漂移力计算公式,在Matlab中建立不规则波浪仿真模型,对auv运动规律进行预测。搭建动力定位控制系统Simulink模型,基于粒子群算法优化PID控制器参数,对auv进行定位控制研究。成功模拟小型auv的工作水环境并搭建动力定位仿真台架,实现auv的定位控制,为auv水动力性能试验及动力定位系统的软硬件设计创造了条件,为小型auv产品的设计实现奠定基础。

关键词：动力定位控制水环境模拟粒子群算法仿真模型小型auv

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基于SRUKF的模型辅助auv惯性导航系统

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舰船科学技术 2021年第7期43卷 153-157页

作者：王科宇王俊雄上海交通大学船舶海洋工程国家重点实验室上海200240

小型水下自主航行器(auv)空间小、功耗低,传感器布置有限,且auv运动方程高度非线性,传统扩展卡尔曼滤波(EKF)易发散,多传感器数据融合的传统惯性导航方案难以实现。本文利用auv数学模型进行辅助,设计了基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)... 详细信息

小型水下自主航行器(auv)空间小、功耗低,传感器布置有限,且auv运动方程高度非线性,传统扩展卡尔曼滤波(EKF)易发散,多传感器数据融合的传统惯性导航方案难以实现。本文利用auv数学模型进行辅助,设计了基于平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)的惯性导航系统。利用auv运动特性计算得到角速度、加速度等信息,融合六轴加速度传感器信号,实现导航系统误差补偿。通过半实物实验和Matlab仿真实验,验证该导航系统可行性。结果表明,该导航系统相比EKF滤波方案精度高、稳定性好,能够满足小型auv导航定位需求。

关键词：惯性导航平方根无迹卡尔曼滤波模型辅助小型auv

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小型水下探测机器人的操纵性能分析

小型水下探测机器人的操纵性能分析

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作者：高文芳中国海洋大学

学位级别：硕士

海洋拥有着丰富的资源以及重要的战略地位，受到了世界各国的广泛关注。在众多的海洋技术中，水下机器人作为一种海洋探测与开发的重要手段，正逐渐成为海洋技术研究的重点。由于水下机器人需要在一个未知的、复杂的环境中完成设定的任... 详细信息

海洋拥有着丰富的资源以及重要的战略地位，受到了世界各国的广泛关注。在众多的海洋技术中，水下机器人作为一种海洋探测与开发的重要手段，正逐渐成为海洋技术研究的重点。由于水下机器人需要在一个未知的、复杂的环境中完成设定的任务，因此对水下机器人的操纵性能研究是十分必要的。本文针对一种小型探测型水下机器人，提出操纵性设计并对其操纵性能进行分析评价。本文首先对小型auv进行了操纵性设计，根据使用要求选择合适的操纵方式与操纵舵布置，分析影响水下机器人操纵性能的几点重要因素，根据分析结果选择合适的载体尾部线型与翼型，确定舵的面积与尾舵的位置，从而获得小型auv的模型。以设计的小型水下探测机器人作为研究对象，设定auv空间运动的两种坐标系及转换关系，根据动量定理与动量矩定理建立小型auv空间运动的一般方程，在分析auv所受外力的基础上，建立auv的空间六自由度运动方程。利用MATLAB/Simulink中的S函数模块建立auv的运动仿真模型，仿真模拟小型auv的自由自航模型试验，为参数辨识提供数据基础。本文在分析如何利用支持向量机实现水动力参数辨识的基础上，根据平面假设理论，将水下机器人的空间运动分解为水平面运动与垂直面运动，并利用支持向量机对小型auv的平面操纵运动进行参数辨识，从而得到小型auv的水动力系数。在同一操作指令下对小型auv进行仿真验证，通过辨识结果与原始值的仿真进行分析对比，以验证支持向量机方法实现参数辨识的可行性。最后对小型auv的操纵性能进行评价，利用MATLAB运动仿真，分别模拟垂直面上的下潜运动、梯形运动与水平面上的定常回转运动、Z型运动，并参照潜艇操纵性能的评价标准，对小型auv的操纵性能做出评价。

关键词：小型auv 参数辨识运动仿真支持向量机操纵性能

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20公斤级便携式自主水下机器人（auv）设计与实现

20公斤级便携式自主水下机器人（AUV）设计与实现

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作者：王芬清中国海洋大学

学位级别：硕士

auv(Autonomous Underwater Vehicle)代表了未来水下机器人技术的发展方向,是当前世界各国研究工作的热点。auv的发展趋势为更深、更远、更小、功能更强大,特别是随着技术的成熟、海上作战等军事需求和近海工业发展等商业需求,小型auv... 详细信息

auv(Autonomous Underwater Vehicle)代表了未来水下机器人技术的发展方向,是当前世界各国研究工作的热点。auv的发展趋势为更深、更远、更小、功能更强大,特别是随着技术的成熟、海上作战等军事需求和近海工业发展等商业需求,小型auv开始出现,并且在不断地发展和壮大,国际上商业化比较成功的小型auv有WHOI的REMUS 100和冰岛Hafmynd公司的GAVIA等。本文在总结上述成功auv的基础上,提出了“低成本便携式小型auv”的设计思想,即设计一款具有高通用性和便携性,在一定程度上自由配置组合的小型auv,并重点对其机械结构和电控系统做深入研究,对auv自主导航算法进行初步探讨,为下一步机械系统和电控系统的改进、自主导航算法的深入探索奠定基础。论文在机械外形设计上采用了鱼雷形流线结构以达到重量轻、外形尺寸小、活动范围大和机动性好的设计目标,同时为了提高auv水下运动控制的可靠性,采用了双推进器垂直布置的形式,最终设计成型的auv在壳体耐压、水密连接和流体动力等各方面均达到了设计目标。电控系统设计为多个功能模块电路,如主控电路、参数监测电路、电池管理电路、传感器电路和电机驱动电路等,各个模块通过CAN总线通讯。在此基础上设计了基于GPS/INS(Global Positioning System/Inertial Navigation System)的组合导航算法,auv在水下潜航时通过INS得到位置信息,上浮至水面后通过GPS对INS的位置信息进行校准以消除累计误差,通过位置信息可以计算得到auv的航向角信息,从而实现PID闭环控制。

关键词：小型auv 便携式电控系统自主导航

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面向小型自主式水下机器人的信息系统研究

面向小型自主式水下机器人的信息系统研究

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作者：马梦瑶大连理工大学

学位级别：硕士

随着人类的“蓝色信念”日益深刻,对海洋认知的脚步加快,推动了水下运载监测装备的快速发展,作为人类重要的水下作业助手,水下机器人也在不断更新其功能和应用领域,其中小型自主水下机器人（auv）将在未来海洋观测网络中成为重要观测节... 详细信息

随着人类的“蓝色信念”日益深刻,对海洋认知的脚步加快,推动了水下运载监测装备的快速发展,作为人类重要的水下作业助手,水下机器人也在不断更新其功能和应用领域,其中小型自主水下机器人（auv）将在未来海洋观测网络中成为重要观测节点,在未来水下机器人普及中成为主要市场需求。然而目前具备多种信息采集功能的电子系统尚没有标准化的产品,且低成本信息系统对auv具有普及性,因此本文以小型auv信息系统为研究对象,本着通用性和扩展性原则,为提供标准化信息系统展开,依托信息系统设计过程对信息采集和组合导航进行研究。信息系统的设计工作通过确定设计指标完成概念设计,确定信息系统体系结构完成初步设计,确定按两种方法交叉同步进行的模块划分方案完成模块设计,软硬件的实现和对接调试并进行详细研究。针对基本信息采集功能,按照体系结构构建信息系统的力学信息流和视觉、避障和化学信息流,并按照流程模块设计方式完成初步编写可烧录程序。采用四元数法、方向余弦法和积分法分别进行姿态解算、位置解算和速度解算,对力学信息流的部分做了详细编排整理,给出捷联导航系统的误差传递关系并推导出误差方程。以信息为思想,电子为工具,结合小型auv面向标准化的发展方向,提出“即插即用”的设计理念,按照功能模块划分方法,进行主控板的电子系统设计,完成了具备基本功能接口和扩展接口的硬件主控板,并基于设计指标和校验硬件主控板的目的,完成低成本外围主要硬件选型,将主控板与硬件整合并与程序对接,进行初步调试使用,取得良好的效果。针对信息系统的主要功能导航功能,根据力学解算过程建立SINS模拟器,发现使用纯惯性传感器导航发散严重,结合误差传递关系和误差方程,引入卡尔曼滤波,建立了SINS滤波器模型进行初步滤波处理,有效控制了发散情况,但精度仍达不到设计指标,尤其垂直方向误差较大。针对力学信息主导的低成本导航器件精度不高的问题,结合本系统特点选择紧耦合的分布式反馈校正滤波方案,并引入深度计,通过二阶阻尼回路削减低频误差来修正高程,选定状态量和观测量,建立组合导航系统卡尔曼滤波器模型,并设计接近实际的模拟轨迹,采用此模型和轨迹数据进行仿真,滤波后ENU向位置和速度误差标准差减小,压缩了导航子模块的噪声,尤其稳定了垂直方向误差,滤波效果良好。

关键词：小型auv 信息系统力学信息信息采集组合导航

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