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基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强

控制与决策 2025年第1期 162-169页

作者：梁秀满赵治刚于海峰刘振东李鑫滨华北理工大学电气工程学院燕山大学电气工程学院

针对水下图像出现蓝绿色偏、雾化和噪声等问题,提出一种基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强算法.首先,设计一种局部自适应颜色校正方法对退化图像进行预处理,提高图像颜色线拟合效果并降低图像色偏的程度;然后,构建一种利用颜色... 详细信息

针对水下图像出现蓝绿色偏、雾化和噪声等问题,提出一种基于颜色线模型和多尺度融合的水下图像增强算法.首先,设计一种局部自适应颜色校正方法对退化图像进行预处理,提高图像颜色线拟合效果并降低图像色偏的程度;然后,构建一种利用颜色线和背景光矢量求解偏置来估计透射率的凸优化算法,求得准确的模型参数来恢复图像实现图像去雾;接着,将预处理后的图像利用白平衡算法来补偿颜色的深度选择性吸收所造成的偏色,将白平衡处理后的图像分别利用伽玛校正和基于颜色线约束的噪声抑制算法进行处理,分别得到提高全局对比度和抑制噪声的图像;最后,对去雾、对比度增强和低噪声图像进行多尺度融合,得到特征丰富的水下增强图像.实验结果表明:所提出方法能够有效解决水下图像的色偏、雾化和噪声现象;相对于各对比算法,在水下彩色图像质量评价指标和峰值信噪比上分别提高了18.37%和42.16%,更好地保留了水下图像的颜色并降低了图像噪声.

关键词：水下图像增强颜色线模型多尺度融合颜色校正凸优化噪声抑制

基于改进最小边际代价算法的多USV多AUV任务分配

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控制与决策 2025年第1期 119-127页

作者：白小山佘桉奇郑心泉吴宗泽深圳大学机电与控制工程学院燕山大学电气工程学院

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的... 详细信息

随着自主水下机器人(AUV)和无人水面艇(USV)在民用和军事领域的应用不断扩展, USV与AUV协同完成相关任务的作业模式受到了广泛关注.针对多USV和多AUV协同访问多目标点的任务分配问题进行研究,旨在最小化多USV和AUV系统访问所有目标点的总旅行距离.首先,建立考虑通信约束和AUV最大航程约束的多USV多AUV协同多点访问任务分配问题的数学模型,并对问题的NP-hard属性进行分析.其次,提出一个两阶段任务分配算法:1)先利用最小边际代价算法构建各USV访问完所有水面目标点的路径,再采用最近插入策略分配水下目标点; 2)通过多个邻域搜索算子对初始解进行优化,得到可行最终解.相对于已有流行的自组织映射算法,仿真实验表明所提出任务分配算法能在较短计算时间内得到质量较优的任务分配方案.

关键词：任务分配 USV-AUV协同启发式算法协同控制邻域搜索通讯约束

DoS攻击下质量切换无人艇动态记忆事件触发动力定位控制

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控制与决策 2025年第1期 292-299页

作者：赵颖郭世旭黄进大连海事大学船舶电气工程学院

研究非线性质量切换无人艇在拒绝服务攻击下的动态记忆事件触发动力定位控制问题.首先,建立一个切换模糊模型描述非线性质量切换无人艇系统,该模型同时考虑了船舶的非线性特征及质量变化行为;然后,提出一个包含记忆项的动态记忆事件触... 详细信息

研究非线性质量切换无人艇在拒绝服务攻击下的动态记忆事件触发动力定位控制问题.首先,建立一个切换模糊模型描述非线性质量切换无人艇系统,该模型同时考虑了船舶的非线性特征及质量变化行为;然后,提出一个包含记忆项的动态记忆事件触发机制,该机制可利用动态变量的历史信息调整触发阈值,进一步节约有限的通信资源,在此基础上,构造基于该动态记忆事件触发机制的控制器以补偿海洋扰动;接着,利用多Lyapunov函数策略给出拒绝服务攻击下质量切换无人艇系统动态记忆事件触发动力定位控制问题的可解性判据,在拒绝服务攻击下,所提出控制方案能够应对网络攻击导致的通信中断问题,确保质量切换无人艇在恶劣网络条件下仍能保持动力定位性能;最后,以一艘质量切换船为例,验证了该控制方案的合理性.

关键词：动力定位非线性无人艇拒绝服务攻击质量切换记忆事件触发

欠驱动AUV分布式事件触发固定时间三维编队控制

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控制与决策 2025年第1期 231-241页

作者：王静耀杜佳璐大连海事大学船舶电气工程学院

针对具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的欠驱动自主水下机器人(autonomous underwater vehicles, AUVs),提出一种基于事件触发通信机制的分布式固定时间三维编队控制方案.首先设计一种固定时间扰动观测器估计AUV不确定动态和未知... 详细信息

针对具有不确定动态和未知时变海洋环境扰动的欠驱动自主水下机器人(autonomous underwater vehicles, AUVs),提出一种基于事件触发通信机制的分布式固定时间三维编队控制方案.首先设计一种固定时间扰动观测器估计AUV不确定动态和未知时变海洋环境扰动组成的集总扰动,且观测器估计误差在固定调节时间内收敛到零;建立事件触发通信机制,降低多AUV之间的通信频率,节约通信资源;进一步,基于上述固定时间扰动观测器和事件触发通信机制,融合动态面控制技术和固定时间控制理论,设计分布式事件触发固定时间三维编队控制律.现有的固定时间扰动观测器和控制律均有两个幂次项,所设计的固定时间扰动观测器和固定时间编队控制律仅保留收敛速度较快的幂次项,可降低参数调节难度.理论分析表明,所设计的编队控制律能使多欠驱动AUV在固定调节时间内实现三维编队控制,仿真和比较结果验证了所提出控制方案的有效性和优越性.

关键词：欠驱动自主水下机器人三维编队固定时间控制固定时间扰动观测器动态面控制

拥挤水域中的无人船智能避碰决策与航迹跟踪控制

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控制与决策 2025年第1期 214-222页

作者：陶毅涵杜佳璐大连海事大学船舶电气工程学院

无人船在拥挤水域中自主航行时,大量的其他船舶与静态障碍物、海洋环境扰动和无人船的不确定动态加剧了无人船的碰撞风险.针对此问题,设计无人船智能避碰决策与航迹跟踪控制方案.首先,根据无人船航行水域中其他船舶和静态障碍物的数量... 详细信息

无人船在拥挤水域中自主航行时,大量的其他船舶与静态障碍物、海洋环境扰动和无人船的不确定动态加剧了无人船的碰撞风险.针对此问题,设计无人船智能避碰决策与航迹跟踪控制方案.首先,根据无人船航行水域中其他船舶和静态障碍物的数量评估拥挤程度,并将其引入现有的船舶碰撞风险度评估函数,合理评估拥挤水域中无人船的碰撞风险;然后,创建双向长短时记忆神经网络,根据由无人船在过去有限时域内的航迹跟踪控制信号和驶过航迹组成的输入序列,估计在未来有限时域内基于无人船运动数学模型标称参数的无人船航迹预测误差.通过在线更新神经网络权重,使估计的航迹预测误差可被用于修正由无人船的不确定动态和遭受的海洋环境扰动导致的航迹预测误差,实现具有自学习能力的无人船航迹智能预测;最后,基于模型预测控制思想,求解以最小化无人船剩余航行距离和碰撞风险为目标,以无人船动态、无人船与其他船舶和静态障碍物的安全距离为约束的优化问题,获得避碰操纵的期望航迹和航迹跟踪控制信号.仿真和仿真结果表明,在所设计的智能避碰决策与航迹跟踪控制方案下,无人船自主航行的实际距离更短,与其他船舶的碰撞风险更低.

关键词：无人船避碰决策航迹跟踪控制长短时记忆神经网络碰撞风险度模型预测控制

不同海拔高度下电晕放电等离子体粒子特性的仿真研究

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原子与分子物理学报 2025年第3期42卷 94-100页

作者：冷雪健金福宝马山刚陈科元青海大学能源与电气工程学院西宁810000

电晕放电作为等离子体的一种重要获取手段,它的放电特性及其降解能力与所处空气环境有着密切的关系.为了得到不同海拔高度对电晕放电特性和等离子体降解能力的影响,本文通过COMSOL软件基于流体动力学模型,对不同海拔高度的放电模型进行... 详细信息

电晕放电作为等离子体的一种重要获取手段,它的放电特性及其降解能力与所处空气环境有着密切的关系.为了得到不同海拔高度对电晕放电特性和等离子体降解能力的影响,本文通过COMSOL软件基于流体动力学模型,对不同海拔高度的放电模型进行数值模拟计算.分别对电流波形、影响等离子体降解能力的电子密度、平均电子能量等物理量随海拔高度变化的规律进行研究.结果表明,海拔越高,气压越低,环境温度越低,电流脉冲峰值越高,频率越高,脉冲启动时间越提前.脉冲波形的上升时间减小、下降时间增大.同时,电子密度以及平均电子能量也会随着海拔高度的升高而增强.

关键词：等离子体电晕放电 COMSOL仿真电子密度

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基于改进人工势场法的欠驱动无人船编队协同避碰避障

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控制与决策 2025年第1期 252-260页

作者：李伟张永超宁君马昊冉刘陆彭周华大连海事大学航海学院大连海事大学船舶电气工程学院

提出一种基于改进人工势场法且带有输入量化的欠驱动无人船编队协同避碰避障策略.借鉴导弹制导与控制机理,分层设计无人船运动学制导律与动力学控制律.首先,基于辅助变量法在无人船运动学子系统中设计分布式制导律,并引入改进人工势场... 详细信息

提出一种基于改进人工势场法且带有输入量化的欠驱动无人船编队协同避碰避障策略.借鉴导弹制导与控制机理,分层设计无人船运动学制导律与动力学控制律.首先,基于辅助变量法在无人船运动学子系统中设计分布式制导律,并引入改进人工势场法的斥力函数.通过重构制导律实现运动学层面的协同避碰避障以及欠驱动无人船期望轨迹的跟踪;其次,通过使用径向基神经网络对无人船动力学子系统中的外界干扰和系统未建模动态进行逼近,采用均匀量化器对输入变量进行量化并对量化过程进行线性描述,使得底层量化控制器无需预测关于量化参数的具体信息;在稳定性分析中,利用李雅普诺夫稳定性理论证明所设计USV编队跟踪控制系统的稳定性;最后,采用Matlab对理论策略进行仿真实验,仿真结果验证了所提出策略的有效性.

关键词：欠驱动无人船人工势场法分布式编队输入量化 RBF神经网络避障

水下/水面信息物理系统感知-通信-控制理论及其应用专刊序言

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控制与决策 2025年第1期 1-6页

作者：闫敬关新平刘妹琴燕山大学电气工程学院上海交通大学电子信息与电气工程学院西安交通大学人机混合增强智能全国重点实验室

0引言水下/水面信息物理系统是集感知传输和控制于一体的智能系统,包括探测与采集、通信与组网、控制与融合等过程.近年来,水下/水面信息物理系统及其相关技术的快速发展,推动了自主水下机器人、水下搜救与目标抓取、海洋牧场、水下传...

0引言水下/水面信息物理系统是集感知传输和控制于一体的智能系统,包括探测与采集、通信与组网、控制与融合等过程.近年来,水下/水面信息物理系统及其相关技术的快速发展,推动了自主水下机器人、水下搜救与目标抓取、海洋牧场、水下传感器网络、水声通信、水面救援、水下预警与监控等领域关键技术的升级换代和跨越发展.目前,水下/水面信息物理系统理论已经有部分成果涌现,然而相关研究正面临诸多亟待解决的难题.与陆地信息物理系统相比,水下/水面信息物理系统具有弱感知、弱通信以及强干扰等特点.例如:电磁波在水下快速衰减,导致GPS、北斗定位系统、雷达探测系统不能应用于水下;水下节点间时钟难以精确同步,且多径通信、声线弯曲、高传输能耗、长通信时延等因素不容忽视;潮汐、洋流、海面波浪、海洋生物群体和交通航运等干扰严重.

关键词：

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水下舰艇扩频通信体制研究

现代电子技术 2025年第01期48卷 107-111页

作者：李尧赵健康龙海辉上海交通大学电子信息与电气工程学院

水下舰艇通信采用的水声通信方式在长距离传输中信号衰减严重，且因为隐蔽性需求信号功率受限，叠加受到多径干扰和海洋背景噪声干扰，通信误码率较高。为此，提出水下舰艇扩频通信体制研究。设计扩频通信体制，利用扩频通信体制拓宽传... 详细信息

水下舰艇通信采用的水声通信方式在长距离传输中信号衰减严重，且因为隐蔽性需求信号功率受限，叠加受到多径干扰和海洋背景噪声干扰，通信误码率较高。为此，提出水下舰艇扩频通信体制研究。设计扩频通信体制，利用扩频通信体制拓宽传输带宽，提升远距离衰减下的通信信噪比；采用类白噪声的伪随机码m序列和OPS序列作为扩频码组建编码序列集，解决白噪声干扰、多径干扰和码分多址的问题。测试结果表明：同等条件下，采用m序列的扩频通信结果更优，可以实现-25 dB下误码率低于1%的可靠通信。经过该方法调制后，剔除了噪声干扰和多径干扰，增强了衰减的高频信号，解决了水下通信远距离衰减、多径干扰、背景噪声干扰等问题。

关键词：水下舰艇通信扩频通信 m序列 OPS序列误码率信噪比

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