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控制工程 2024年

作者：孙兵单正阳上海海事大学智能海事搜救与水下机器人上海工程技术研究中心

自主水下机器人（auv）集群化是未来水下智能化战争的一个重要的发展趋势。为确保充分发挥AUV集群整体作战优势，建立了以目标价值毁伤、集群损耗代价和相对路径长度为性能指标的水下对抗环境模型，并采用结合整数编码的改进狼群算法对... 详细信息

自主水下机器人（auv）集群化是未来水下智能化战争的一个重要的发展趋势。为确保充分发挥AUV集群整体作战优势，建立了以目标价值毁伤、集群损耗代价和相对路径长度为性能指标的水下对抗环境模型，并采用结合整数编码的改进狼群算法对目标分配问题进行求解。针对狼群算法易陷入局部最优的缺陷，在狼群更新机制中引入有效生成距离概念，提高算法的全局寻优能力。仿真结果表明，所提方法不仅对不同对抗态势有良好的适应性与稳定性，并且具有较强的鲁棒性，在收敛速度方面有显著提高。

关键词： AUV集群目标分配狼群算法整数编码

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通信时延下AUV集群的分群控制算法

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控制工程 2022年第8期29卷 1480-1486页

作者：李成凤张阳伟张弘强绥化学院电气工程学院黑龙江绥化152061

为解决通信时延下自主水下机器人(auv)集群系统协同分群控制问题,借鉴经典蚁群算法概率公式,利用存在通信时延的子群规模需求信息和个体与群目标的距离信息,设计了满足期望子群数量和规模的就近分群策略。然后,设计了通信时延下的协同... 详细信息

为解决通信时延下自主水下机器人(auv)集群系统协同分群控制问题,借鉴经典蚁群算法概率公式,利用存在通信时延的子群规模需求信息和个体与群目标的距离信息,设计了满足期望子群数量和规模的就近分群策略。然后,设计了通信时延下的协同分群控制算法,使集群系统产生子群数量、规模和速度均满足需求的分群行为。最后,理论分析和仿真结果表明了该算法的有效性和可行性。

关键词： AUV集群蚁群算法分群控制子群规模通信时延

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基于自适应残差加权的AUV集群分布式协同定位算法

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舰船科学技术 2022年第18期44卷 101-105,189页

作者：何桂萍王正伟陈洲四川九洲电器集团有限责任公司四川成都610000

针对水下AUV集群协同定位,常规算法当领航auv节点密度稀疏,普通待定位auv节点不能够接收到足够领航节点信号时,将导致定位误差较大或者始终无法定位的问题。提出一种基于自适应残差加权的AUV集群分布式协同定位算法(ARW-UWASN),通过分... 详细信息

针对水下AUV集群协同定位,常规算法当领航auv节点密度稀疏,普通待定位auv节点不能够接收到足够领航节点信号时,将导致定位误差较大或者始终无法定位的问题。提出一种基于自适应残差加权的AUV集群分布式协同定位算法(ARW-UWASN),通过分布式逐级定位,对所有有效的潜在位置利用残差赋以权值,结合对应参考节点位置信息,实现对待定位节点位置的自适应加权估计。仿真结果表明,该算法与常规算法相比,减小了节点能量消耗,有效地提高了定位精度和定位覆盖率。

关键词：自适应残差加权 AUV集群协同定位

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集群式auv可控分群控制算法

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舰船科学技术 2022年第14期44卷 95-99页

作者：李成凤刘胜军张阳伟张弘强绥化学院电气工程学院黑龙江绥化152000

针对自主水下航行器(auv)集群在协同分群时的状态不可控问题,提出一种基于蚁群算法的可控分群控制算法。参照基本蚁群算法,利用期望子群规模和auv与群目标的距离,设计了自主就近分群策略。基于该策略设计了具有多个变速群目标的协同分... 详细信息

针对自主水下航行器(auv)集群在协同分群时的状态不可控问题,提出一种基于蚁群算法的可控分群控制算法。参照基本蚁群算法,利用期望子群规模和auv与群目标的距离,设计了自主就近分群策略。基于该策略设计了具有多个变速群目标的协同分群控制算法,使AUV集群产生子群数量、规模和速度均可控的分群行为。通过理论分析和仿真实验验证了所设计算法的有效性。结果表明,该算法能使AUV集群实现可控的分群行为,且分群过程中未过多打乱已稳定的邻居结构,加快了集群结构调整过程,减少了集群速度振荡。

关键词： AUV集群蚁群算法协同分群可控性子群规模

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集成逆超短基线的自主式水下航行器集群协同定位方法

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声学学报 2023年第4期48卷 687-698页

作者：刘峰王宇雄陈惠芳谢磊浙江大学信息与电子工程学院杭州310027 浙江省信息处理与通信网络重点实验室杭州310027 浙江大学舟山海洋研究中心舟山316021

构建了集成逆超短基线的自主式水下航行器(auv)协同定位因子图,提出了两种从auv协同定位方法,即基于扩展卡尔曼滤波(EKF)协同定位方法和基于粒子置信度传播(BP)协同定位方法,并修正了主auv定位误差的影响。其中,基于EKF的从auv协同定位... 详细信息

构建了集成逆超短基线的自主式水下航行器(auv)协同定位因子图,提出了两种从auv协同定位方法,即基于扩展卡尔曼滤波(EKF)协同定位方法和基于粒子置信度传播(BP)协同定位方法,并修正了主auv定位误差的影响。其中,基于EKF的从auv协同定位方法利用主auv的定位信息,重构了从auv的状态向量实现协同定位;而基于粒子BP的从auv协同定位方法构建了测量粒子实现协同定位。所提出的方法能够解决传统方法实时性较差的问题,且仅需单程声学定位信号传输测量即可实现从auv的定位。仿真结果表明,两种协同定位方法适用于不同定位能力的从auv,均能实现较高精度的协同定位。相比于航位推算方法,两种从auv协同定位方法的定位误差均减小80%以上,且有效抑制了定位误差累积问题。此外,在水声信道较高丢包率的情况下,所提出的协同定位方法能稳定工作,且定位性能没有明显受到影响。

关键词： AUV集群协同定位逆超短基线因子图卡尔曼滤波置信度传播

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水下多节点通信及相对定位关键技术研究与系统实现

水下多节点通信及相对定位关键技术研究与系统实现

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作者：詹悦哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文研究了水下多节点通信及相对定位技术，设计了一种适用于水下多节点（如auv、浮潜标等）集群编队作业的通信定位一体化设备，主要贡献包括:系统采用OFDM技术进行通信，采用单矢量水听器完成主动定位，实现水下信息交互、相互定位及... 详细信息

本文研究了水下多节点通信及相对定位技术，设计了一种适用于水下多节点（如auv、浮潜标等）集群编队作业的通信定位一体化设备，主要贡献包括:系统采用OFDM技术进行通信，采用单矢量水听器完成主动定位，实现水下信息交互、相互定位及指令传输等功能。　　首先，本文对水声信道的特性进行研究，根据实测试验数据中的声线分布建立水声信道模型，验证浅海环境下信道呈现时不变稀疏的特性。本文着重研究水声OFDM通信系统中的信道估计技术，针对信道的簇状稀疏特性研究了基于Chirp-Z变换的正交匹配追踪(OMP)算法来估计信道的路径时延，仿真结果表明:改进算法提高了估计精度，采用低复杂度的快速计算方法实现，可降低系统约30％的运算量，适用于系统实现。　　其次，本文利用单矢量水听器完成方位估计，结合应答时延测距方法实现系统定位功能。本文研究了时域、频域平均声强器等窄带信号方位估计算法;研究了直方图及加权直方图等宽带信号方位估计算法。仿真结果表明:频域平均声强器法处理窄带信号，估计性能较高且更加稳定，直方图法可以估计宽带连续谱目标，抗线谱干扰效果较好，而加权直方图法则适用于估计线谱目标，抗宽带相干干扰效果好。根据系统需要，本文在处理器上实现了频域声强器测向算法。　　再次，依据技术指标，本文对系统的信号帧结构及参数进行设计，计算了发射端声源级及接收端前放的动态范围。依据参数要求，基于STM32F767数字处理平台完成硬件平台设计及驱动程序的编写，包括A/D采集电路及信号调理（前置放大、功率放大）电路。同时，对编队作业中主从机的软件流程进行编写，包括时序设计、信号处理流程、维持系统正常工作的通信协议及处理器指令。本文重点在该平台完成同步检测、基于Chirp-Z变换的OMP信道估计算法及单矢量水听器定位算法的实现，并采用快速算法进行优化，确保了系统的实时性及准确性。　　最后，本文完成了对系统主要功能电路的测试并进行实验室电联调，通过测试系统的通信成功率，来验证通信功能的可行性。此外，通过海试试验，验证了系统的通信及定位中的测向、测距功能正常，表明该系统满足技术指标要求，可以应用于AUV集群编队及蛙人协同作业等水下多节点的场景。

关键词：水声通信单矢量水听器矢量定位信道估计 AUV集群

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