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基于在线海流数据的自然能驱动无人艇能源最优路径规划

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 441-449页

作者：李可廖煜雷刘骁锋贾琪李相杰翟子正哈尔滨工程大学智能海洋航行器技术全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572000

为了有效地利用在线监测到的海流和风数据,减少能源消耗以提高自然能驱动无人艇的续航力,以“驭浪者”号自然能驱动无人艇为研究对象,提出一种基于在线海流数据的能源最优路径规划方法。通过“驭浪者”号实船试验得到的最小回转半径对... 详细信息

为了有效地利用在线监测到的海流和风数据,减少能源消耗以提高自然能驱动无人艇的续航力,以“驭浪者”号自然能驱动无人艇为研究对象,提出一种基于在线海流数据的能源最优路径规划方法。通过“驭浪者”号实船试验得到的最小回转半径对粒子群算法进行改进,设计距离最优的路径规划算法。考虑到海流和风对“驭浪者”号能源消耗的影响,建立海流和风影响下能源消耗模型;在静态海流环境中,以能源最优为目标对粒子群算法进行改进,探索能源最优的路径规划算法。根据“驭浪者”号在线监测到的海流和风信息,得到随时间-空间变化的动态海流数据,对能源最优的路径规划算法进行优化,提出基于在线监测海流数据的能源最优路径规划算法。通过仿真试验,对比距离最优的路径规划算法和基于在线监测海流数据的能源最优路径规划算法在相同工况下能源消耗情况,验证所提出算法的可行性和有效性。

关键词：自然能驱动无人艇在线海流数据环境建模能源最优路径规划粒子群算法

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月球探测器鲁棒环形山检测及光学导航方法

哈尔滨工程大学学报 2024年第2期45卷 238-246页

作者：吴鹏穆荣军邓雁鹏崔乃刚哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572000

针对月球探测器环形山检测方法受光照影响、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于极大熵阈值三值化的鲁棒环形山检测算法。采用不同滤波核对图像进行去噪平滑,然后对处理后的图像进行极大熵阈值分割、将图像信息三值化,去除图像对光源的敏感... 详细信息

针对月球探测器环形山检测方法受光照影响、鲁棒性差的问题,本文提出一种基于极大熵阈值三值化的鲁棒环形山检测算法。采用不同滤波核对图像进行去噪平滑,然后对处理后的图像进行极大熵阈值分割、将图像信息三值化,去除图像对光源的敏感性,同时最大程度保留图像信息;提出一种归一化多指标约束环形山匹配和拟合方法完成环形山提取,将环形山提取算法应用于光学导航中进行打靶实验验证算法实时性表现。仿真结果表明:与传统基于形态学或自适应边缘检测的方法相比,本文方法在较大尺度条件下提取出连续、光滑的环形山边缘,有效环形山数量提升35%以上,同时实时性更好、计算消耗降低40%;基于鲁棒环形山提取的光学导航算法实时性更好。

关键词：环形山检测极大熵阈值月球探测光学导航障碍感知与规避图像分割月球探测器信息熵

基于排序码本的水声自适应OFDM通信中信道状态信息反馈研究

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2095-2103页

作者：刘凇佐韩雪马璐徐金颉杨洋哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地三亚572024

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信... 详细信息

水声(UWA)信道时延扩展大等特点导致信道频响(CFR)快衰落,水声通信(UWAC)技术发展受到挑战。发射端获取有效可靠的信道状态信息(CSI)是自适应通信的前提,针对水声自适应正交频分复用(OFDM)通信的需求,该文提出基于排序码本的信道状态信息分组排序拟合反馈算法(CSI-GSFF),包括分组、排序、数据拟合3个步骤。该算法首先将相邻导频子载波分组,以组为反馈单元;然后对各组内的导频子载波按照信道增益值进行排序,以减轻水声信道频响快衰落造成的反馈开销大等不利影响;最后进行多项式拟合,排序操作有效地降低了拟合阶数。通过实测海试时变信道数据仿真,结果表明,该文提出的信道状态信息反馈算法能够基本达到完美信道状态信息情形下的水声自适应OFDM通信系统误码率性能,同时可以有效地减少反馈开销。

关键词：水声通信正交频分复用自适应调制信道状态信息有限反馈

基于水下目标抓取的UVMS抗扰控制方法研究

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中北大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 132-145页

作者：魏延辉赵康康谢吉顺哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572000

水下机器人-机械臂系统(UVMS)在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰... 详细信息

水下机器人-机械臂系统(UVMS)在水下作业过程中存在自身结构不确定性干扰、系统动力学耦合干扰以及海流干扰的问题,这对水下机器人的运动控制提出了更高的要求。本文以某欠驱动水下机器人系统作为研究对象,提出了一种误差受限的抗干扰控制方法。基于视线法和设定性能函数得到UVMS的误差动力学模型,再基于此模型设计水下机器人(AUV)抗扰控制器。通过牛顿-欧拉方程估算机械臂对于AUV本体的耦合干扰并进行实时补偿。采用神经网络控制补偿AUV系统的结构性不确定性,并利用自适应控制来补偿神经网络估计误差、非结构性不确定性误差和机械臂耦合干扰的补偿误差。通过机械臂静止和定点作业两组工况下的仿真实验发现,运动控制任务符合设定预期时间和跟踪精度,同时也验证了分离式UVMS运动控制方案在水下定点作业任务中的可行性和有效性。本文方法具有很强的鲁棒性,且能够通过此抗扰控制方法来抑制这些不确定性干扰的影响。

关键词： UVMS 抗扰控制器水下定点作业误差动力学方程

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变输出无模型自适应无人艇艏向控制方法分析

中国舰船研究 2024年第1期19卷 75-83页

作者：廖煜雷陈聪聪杜廷朋王博李晔哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572024

[目的]针对无人艇(USV)艏向控制存在模型摄动、外部干扰等不确定性问题,提出一种适用于USV的改进无模型自适应控制(MFAC)方法。[方法]基于USV艏向控制子系统存在非自衡特性,直接使用紧格式MFAC方法讨论USV的艏向控制子系统在不确定影响... 详细信息

[目的]针对无人艇(USV)艏向控制存在模型摄动、外部干扰等不确定性问题,提出一种适用于USV的改进无模型自适应控制(MFAC)方法。[方法]基于USV艏向控制子系统存在非自衡特性,直接使用紧格式MFAC方法讨论USV的艏向控制子系统在不确定影响下的控制问题。在标准控制准则中引入历史输入项,提出一种变输出紧格式MFAC方法,削弱USV艏向控制子系统中存在的积分作用。最后,开展艏向控制仿真实验以及“海豚IB”小型USV的外场试验验证所提方法的有效性。[结果]结果显示,相比标准紧格式MFAC方法和PID方法,变输出紧格式MFAC方法的USV艏向控制更加稳定。[结论]所做研究可为USV提供一种对环境扰动、模型摄动等影响不敏感、具有较好自适应性及鲁棒性的艏向控制算法。

关键词：无人艇无模型自适应控制艏向控制非自衡特性变输出

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二维弱可压缩黏性流体的近场动力学模拟

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 78-84页

作者：王超张郭杨汪春辉高岩哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地山东青岛266000

基于近场动力学理论,采用近场动力学微分算子(PDDO)求解流体连续性方程与动量方程,建立了二维黏性流体运动的近场动力学模型,流体假设为弱可压缩形式.通过二维方腔驱动、溃坝及低雷诺数圆柱绕流三个经典算例验证所建立的流体计算模型在... 详细信息

基于近场动力学理论,采用近场动力学微分算子(PDDO)求解流体连续性方程与动量方程,建立了二维黏性流体运动的近场动力学模型,流体假设为弱可压缩形式.通过二维方腔驱动、溃坝及低雷诺数圆柱绕流三个经典算例验证所建立的流体计算模型在内部流动、自由表面流及绕流问题上的适用性,并与已有试验数据和数值结果进行对比分析.结果表明:建立的近场动力学微分算子流体计算模型能够有效地模拟流体运动的全过程,速度分布曲线的趋势及极值与已有结果具有较好的一致性,并且同样可以清晰地捕捉到流场中的特征.

关键词：近场动力学微分算子弱可压缩流体溃坝圆柱绕流数值模拟

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基于零空间行为融合的多智能体编队控制综述

哈尔滨工程大学学报 2024年第8期45卷 1442-1450页

作者：葛宇廖煜雷王博李晔史长亭刘海波贾琪哈尔滨工程大学智能海洋航行器技术全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001 天津航海仪器研究所天津300131 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572000 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001

针对单智能体在民用和军用领域无法完成现实场景下复杂任务的问题,本文综述了零空间行为融合算法。阐述零空间行为融合算法的设计思想与数学模型,介绍零空间行为融合算法的文献计量分析。综述了零空间算法的研究进展,包括编队速度饱和... 详细信息

针对单智能体在民用和军用领域无法完成现实场景下复杂任务的问题,本文综述了零空间行为融合算法。阐述零空间行为融合算法的设计思想与数学模型,介绍零空间行为融合算法的文献计量分析。综述了零空间算法的研究进展,包括编队速度饱和、行为转换不连续、行为优先级分配和多种算法结合方面的改进工作,并分析当前研究存在的问题。研究表明:零空间行为融合算法在多智能体编队控制领域,提高算法的自适应性、考虑动力学特性、异构编队和行为函数优化是该算法未来的发展方向。

关键词：零空间行为编队控制多智能体逆运动学基于行为速度饱和行为转换行为优先级优化

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微纳陶瓷基铂铑10-铂热电偶技术研究

传感器与微系统 2024年第4期43卷 64-67页

作者：张洪泉邢会明王辉单国柱罗嘉琪哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地海南三亚572024

针对燃气轮机温度检测高温热电偶存在的热容大、响应时间慢、无法表贴安装等诸多技术问题,利用陶瓷微纳加工技术制造出50μm厚度的柔性芯片基底,经薄膜工艺形成冗余结构的铂铑10-铂热电偶电极,通过“三明治”封装形成全陶瓷密封型热电偶... 详细信息

针对燃气轮机温度检测高温热电偶存在的热容大、响应时间慢、无法表贴安装等诸多技术问题,利用陶瓷微纳加工技术制造出50μm厚度的柔性芯片基底,经薄膜工艺形成冗余结构的铂铑10-铂热电偶电极,通过“三明治”封装形成全陶瓷密封型热电偶,开展微纳陶瓷基高温热电偶性能与功能试验。试验表明,所设计的微纳陶瓷基高温热电偶具有快响应特点,能实现在圆滑表面进行柔性表贴安装,在0~1 000℃温度范围内,热电偶输出灵敏度与二级标准铂铑10-铂热电偶比对,偏差在±0.3%,90%响应时间优于0.1 s,热电偶具有良好的高温稳定性。

关键词：微纳加工热电偶快响应冗余柔性

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粒子群优化的门控循环单元网络漂流浮标轨迹预测

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3295-3304页

作者：刘凇佐王虔李磊李慧余赟哈尔滨工程大学水声技术重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学三亚南海创新发展基地三亚572024 中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院青岛266580 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院哈尔滨150001 海军装备研究院北京100161

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性... 详细信息

该文针对漂流浮标的轨迹预测问题,提出一种基于深度学习框架的端对端预测模型。由于不同海域的水动力模型存在较大差异,针对海面漂流浮标的流体载荷计算也较为复杂。因此,该文根据漂流浮标历史轨迹形成的多维时间序列,提出更具有普适性的基于数据驱动的轨迹预测模型。该模型将粒子群优化算法(PSO)与门控循环单元(GRU)结合,使用PSO算法对GRU神经网络的超参数进行初始化,经过多次迁移迭代训练后获得最优漂流浮标轨迹预测模型。最后使用多个北大西洋真实漂流浮标轨迹数据进行验证,结果表明PSOGRU算法能够实现准确的漂流浮标轨迹预测。

关键词：漂流浮标轨迹预测粒子群优化门控循环单元