多特征融合的无人艇视觉小目标鲁棒跟踪

[目的]针对低特征分辨率、相似环境信息引起的无人艇视觉小目标跟踪混淆问题,提出一种多特征融合的连续卷积算子跟踪算法。[方法]首先,采用双三次插值技术,提高多特征图分辨率,实现亚像素级定位;其次,利用特征投影和生成样本空间,提高目标跟踪的效率,避免滤波器过拟合;最后,设计高置信度模型更新策略,解决相似环境信息对滤波器的干扰问题。[结果]结果表明:相较于传统的连续卷积算子跟踪算法,平均成功率提升17.4%,平均距离精度指标提升17.8%,期望平均覆盖率提升5.1%。[结论]该算法法能够处理海洋环境下的小目标跟踪混淆问题,为提升无人艇及海洋机器人的智能感知能力,提供关键技术支撑。

故障检测与重构下基于AFTSMO的ROV三维航迹跟踪控制

针对传统的滑模观测器在缆控水下机器人(ROV)系统状态估计与故障重构过程中存在渐近收敛、无法及时准确重构故障信号的问题,提出一种基于自适应快速终端滑模观测器(adaptive fast terminal sliding mode observer)的故障检测和控制优化方法。建立带有推进器故障、未知外界干扰和模型参数不确定性等复合干扰的ROV系统故障模型;设计具有自适应特性的快速终端滑模控制器,保证所有的状态估计误差在有限时间内收敛;通过等效输出误差注入法对推进器引起的故障进行估计重构。采用Lyapunov稳定性理论验证控制系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的故障检测方法能够快速检测和重构故障,保证ROV系统较高的跟踪精度,并通过实验验证了所提算法的有效性。

一种网-桁架式海上拦截装置仿真分析

针对海上设施的安全防护问题,提出了一种网-桁架式海上拦截装置,目的是在有效拦截来袭小艇撞击的同时尽量降低对拦截装置本身的损伤.为验证这一装置的有效性,基于显式动力学和欧拉-拉格朗日耦合方法对拦截装置拦截小艇过程进行数值模拟,设定小艇垂直撞击支撑柱、支撑柱间隙和45°撞击支撑柱、支撑柱间隙4种工况,每种工况包含10、20、30 m/s 3种速度.通过对这12组仿真的碰撞力、能量以及破损状态分析,全方位分析了该装置的防撞性能和对小艇的拦截效果.所有工况下该装置都能完成对小艇的拦截,说明这种装置具有优秀的拦截效果.

基于CMA-ES的USV自动靠泊研究

本文提出基于CMA-ES优化的LQR船舶自主靠泊控制系统,系统化地解决船舶在靠泊过程中涉及的路径规划、最优控制、外界干扰、物理执行结构约束等问题并使用仿真软件实现基于LQR以及基于CMA-ES优化的LQR的自主靠泊控制系统,实验结果表明,基于CMA-ES的优化控制方法能够很好地实现小型船舶的自主靠泊,系统鲁棒性表现良好。

静水及波浪中水陆两栖救援艇自扶正稳定性数值研究

文中数值模拟水陆两栖救援艇的横摇运动,并分析了静水及波浪中增设自扶正结构后的自扶正稳定性.结果表明:在静水中水陆两栖救援艇初始横倾90°能够回正,但当初始横倾角≥130°时会发生倾覆.增设自扶正结构后,水陆两栖救援艇自扶正稳定性增强.在浪高2 m下,水陆两栖救援艇(加自扶正结构)初始横倾90°能够回正.

水下无人系统通用质量特性工程技术发展与挑战

通用质量特性工程技术是保障水下无人系统在复杂海洋环境下的任务出动能力、执行能力和生存能力的重要技术之一。回顾了水下无人系统的发展现状,从复杂环境适应性、智能化特征可靠性和集群化特征可靠性3个角度分析了水下无人系统通用质量特性技术的发展方向和面临的主要挑战,为我国水下无人系统装备通用质量特性工程技术发展提供了一条参考思路。

基于动态事件触发的无人艇编队控制方法

针对多无人艇编队系统出现通信拓扑发生改变的问题,提出一种基于动态事件触发的无人艇编队控制方法。首先,在考虑编队误差和控制输人的基础上,提出一种基于成本的切换律以确定切换时刻;其次,设计一种具有可调值的动态事件触发机制以减少通信负担;然后,为解决外界干扰以及未知动力学,构造扰动观测器来估计扰动从而设计分布式控制器,能够减轻外界干扰的影响,实现无人艇编队控制。通过李雅普诺夫函数具体分析2种情况下的稳定性,可得该系统能够实现一致性。最后,通过仿真证明了所提出方案的有效性。

游艇内装设计美学的多维探索

游艇内装设计是对游艇各舱室的规划与设计,不仅是实现功能需求的关键,也是彰显游艇档次和品质的重要元素。从用户生活方式和心理特征出发,从功能、形式、空间、色彩和技术五个维度探讨游艇内装设计的美学原则。强调功能美:合目的性的美学表达,形式美:多元融合与节奏韵律的审美创造;空间美:比例尺度与艺术布局的和谐展现,色彩美:丰富性格与空间视觉的巧妙运用,科技美:新型材料与创新工艺的美学探索。通过详细的案例分析,探讨游艇内装设计中的美学原则。

美国海岸警卫队在研无人装备现状分析

为掌握美国海岸警卫队在研无人装备情况,理清了其10项在研无人装备及其任务运用情况。从任务工作量和任务可用装备量视角,定性分析了美国海岸警卫队在研无人装备与11项具体任务间的关系,分析发现在研无人装备体系渐成,装备类型更全面,任务运用全覆盖,但也存在统筹管理不足。最后对我国海警无人装备发展进行了针对性需求分析。

抢险救援行动中冲锋舟和橡皮艇应用对比研究

冲锋舟和橡皮艇均具备高速、灵活、稳定、耐用的特点,在抢险救援中使用极为广泛。本文针对在抢险救援行动中,部分场景舟艇应用不当的问题进行研究,通过对比上述舟艇的船体材料、舟艇性能和救援环境三方面进行论证,研究其各自的应用环境。结果表明:冲锋舟适合应用于开阔缓流水域;橡皮艇适合应用于狭窄水域和急流水域;橡皮艇还易于被改造,可以用于搭建临时浮桥、简易庇护所等自救,且回收方便,易收纳,适合作为日常应急物资进行储备。

面向水下搜救的自主水下航行器路径跟踪控制

对自主水下航行器(AUV)在执行水下搜救任务过程中遇到的三维路径跟踪控制和定点驻停问题进行研究。在固定坐标系和机体坐标系下建立AUV的运动学模型,引入流体坐标系,设计适宜进行运动控制的三维路径跟踪控制器,并在Serret-Frenet坐标系下建立AUV的路径跟踪误差模型;基于三维视距制导律控制设计AUV的三维路径跟踪控制器,在此基础上提出一种适于水下搜救工况的AUV路径跟踪控制方法,使AUV能完成对参数化路径的跟踪和在预设目标点的驻停;同时,基于李雅普诺夫稳定性原理证明该控制器的稳定性。仿真试验结果表明,设计的控制器有效,能实现对面向水下搜救的AUV路径跟踪控制。

基于改进的RRT^(*)算法的AUV集群路径规划

[目的]针对微小型欠驱动自主式水下机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)集群控制问题,设计一种基于改进RRT^(*)算法的编队控制策略。[方法]RRT^(*)算法规划的路径陡变难以跟踪且收敛速度较慢,针对该问题提出改进方法。首先加入偏置函数使随机采样点靠近目标点,然后采用Dubins曲线平滑连接采样点,通过在可变半径范围内重新布线,并设计有关曲线长度与避障的代价函数,选择最优路径。依据代价和最小值为多AUV分配集结点,协调多AUV速度完成最小集结时间约束,随后设计基于Dubins路径的分段向量场构造方法,使得多AUV跟踪规划路径,到达目标集结点时速度与方向保持一致。[结果]仿真结果表明,多AUV编队平均路径长度缩短26.6%,平均集结时间缩短21.7%。[结论]该算法路径规划质量高,可顺利完成编队集结任务。

面向海上搜救的ASV与AUV的协同控制

针对采用由自主水面船和自主水下航行器组成的异构海洋航行器集群进行协同搜救的问题,采用大地坐标系和船体坐标系建立自主水面船和自主水下航行器的运动学模型;基于视距制导策略,引入流体坐标系,设计适用于自主水面船和自主水下航行器的三维异构协同路径跟踪控制器,实现协同搜救;基于李雅普诺夫稳定性原理证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明,提出的面向海洋搜救的三维异构协同路径跟踪控制器是有效的。

多无人艇协同围捕智能逃跑目标方法研究

[目的]针对无人艇协同围捕过程中逃跑目标具备智能性,现有无人艇策略难以围捕成功的问题,提出一种基于双层切换策略的多无人艇协同围捕算法。[方法]第1层围捕策略采用改进势点法,以无人艇与势点的总直线距离最小为优化目标,采用匈牙利算法为无人艇动态分配势点,并采用人工势场法实现无人艇的协同避碰;第2层围捕策略利用了阿波罗尼奥斯圆的性质,在两艘无人艇前往逃跑目标的目标点进行拦截,剩余无人艇运动方向保持与逃跑目标相同,以不断缩紧包围区域;为应对逃跑目标不同的逃跑方式,第1层围捕策略和第2层围捕策略可互相转化。[结果]仿真实验表明,该算法相较于顺序分配势点算法和极角分配势点算法,围捕时间更少或持平,证明了该算法的有效性和先进性。[结论]该多无人艇协同双层围捕算法,对具备典型智能性的逃跑目标具有围捕效果。

美日海上执法平台现状分析

为进一步掌握美日海上执法平台发展特点,研究了美日主要的海上执法平台现役数量、类型及服役年份等基本信息。通过统计分析,日本船舶服役数量具有跳跃性、间断性、渐进性和正态性,且不同类型平台服役时间不同步、发展策略不一致;美国船舶服役呈现3个活跃期,且执法平台类型少、服役时间跨度长。相比日本,美国更重较小型号船舶发展和老旧型号的革新改造。

基于感知信息的USV目标环绕跟踪方法

无人水面艇(USV)作为一种智能水面工具,可实现航行控制、水面目标识别与感知等基本功能,但伴随着工程需求的多元化,如水面失事货轮、未知船只特征识别、失事飞机等搜救探测任务,该基本功能已无法完成任务,因此需要开展一种可对目标进行稳定跟踪并完成360°环视的方法研究。文中提出一种基于感知目标信息,通过对目标环绕跟踪,实现目标检测的方法。在对感知信息进行目标运动状态估计后,采用虚拟目标点跟踪算法计算出期望航向及速度,通过航向控制器及速度控制器实现对USV的位姿控制,同时加入重规划跟踪策略,以适应水面复杂环境并感知设备提供信息的误差扰动。以USV模型辨识方法获得模型并搭建仿真平台进行仿真验证,通过实航试验测试证明该算法设计的合理性。

智能船舶的应用与展望

随着全球科技迅猛发展,世界各国广泛开展智能化船舶的应用研究。旨在结合民用智能船舶技术与国外的军用无人艇技术的分析研究,对中国智能船舶的民用及军事应用方向进行探索。

基于遗传粒子群算法的无人船集群目标分配

针对粒子群算法中目标点易受其他粒子影响的问题,提出一种基于遗传粒子群算法的无人船集群目标分配的方法,用粒子群算法获得无人船的目标点,并结合遗传算法对一些无人船的劣势目标点替换成优势目标点,完成设定的目标分配任务。实验结果表明,在目标分配问题中,遗传粒子群算法比粒子群算法所用时间和所走路径长度都有明显的减少,目标分配的成功率也有很好保证。

基于RINA游艇规范的舒适性附加标志COMF(Y)认证测量

基于RINA游艇规范,分析了规范对舒适性附加标志COMF(Y)的认证要求,通过对一艘139f t超级游艇的噪声、振动和典型分隔空气声隔声指数的测量,结果满足规范对COMF(Y)附加标志的认证要求,为后续游艇进行舒适性附加标志认证提供参考。

高速滑行艇约束模式下的喷溅阻力特性研究

为了研究高速滑行艇瞬态喷溅流体动力特性,基于计算流体软件Fluent及自编写后处理程序,对体积傅汝德数、攻角分别为Fr▽=1.0、τ=10°,Fr▽=2.0、τ=8.0°,Fr▽=3.0、τ=5.0°,Fr▽=4.0、τ=2.5°这4种工况下,开展了高速滑行艇三维数值模拟.计算收敛后,从Fluent软件中导出艇体平均动压、对水相积分求出浸湿面积等相关参数、提出了关于计算喷溅阻力的4条假设和关于喷溅区的几何形状、特征雷诺数与喷溅阻力的计算方法.计算结果与试验值具有良好的一致性,摩擦阻力系数Cf通过Davidson经验公式和ITTC公式的反推验证,误差分别为2.58%和3.36%,表明采用此种方法研究高速滑行艇静水航行喷溅阻力是可行的.