基于VxBus的高速数据采集卡驱动程序开发

介绍了嵌入式操作系统VxWorks 6最新设备驱动模式VxBus的原理,分析了在该驱动模式下数据采集卡ADT650的驱动程序开发过程,ADT650数据采集卡是基于PC104总线的扩展板。通过PC104总线可将其与PC104嵌入式系统构成一个高性能的数据采集与控制系统,适用于结构紧凑,高可靠地嵌入式应用。设计并实现了数字量、模拟量信号采集的驱动程序和应用编程接口。在VxWorks嵌入式系统下实现了ADT650高速数据采集卡的驱动程序,对系统的扩展应用带来了极大方便。

SARV光纤收放装置的控制系统设计与实现

根据小型自治遥控水下机器人SARV的运动特性,研制了光纤微缆收放的控制系统。设计使用了嵌入式QNX软件开发技术,系统稳定可靠。采用系统辨识的方法,获得被控对象的等效数学模型。采用单神经元自适应PID控制器对控制参数进行在线自调节,实现了SARV在水中运动时光纤收放的恒张力控制,满足光纤收放装置的设计要求。

基于视觉的水雷目标识别方法研究

水下目标识别一直是目标识别领域的研究热点,为此,以水雷目标识别为需求背景提出了一种基于视觉的水雷目标识别方法。该方法从水雷目标形状的本质特征出发,根据几何矩的物理意义,结合区域特征和边界特征构造了三个适合于水雷目标形状描述子,采用阈值判决的方法,实现水雷目标的识别。实验结果表明,该方法比基于不变矩的方法识别率更高,具有较好的稳定性,尤其适用于水下特定形状的目标识别和目标受到部分遮挡的情况。其中水下图像处理和特征的定义方法对水下目标识别具有指导和借鉴意义。

光纤微缆对SARV操纵性的影响分析

以新概念小型自治遥控水下机器人SARV及其光纤微缆系统为研究对象,在对光纤微缆进行受力分析的基础上,采用集中质量法建立了光纤微缆的动力学模型。结合作业中SARV载体的实际运动,利用直接计算法分析了不同运动状态下光纤微缆对SARV载体产生的附加力和附加力矩及其对SARV载体操纵性的影响,并提出了合理的操纵建议。为SARV载体端设计光纤微缆释放装置张力控制提供了一定的理论依据,在一定程度上有助于完善SARV控制系统,提高SARV航行的稳定性。

基于UKF的AUV多尺度容错对接导航算法研究

针对回收对接过程中,自主式水下机器人(AUV)的组合导航系统由于子传感器量测信息发生阶跃性突变而导致导航系统滤波发散的问题,以分布式联邦滤波结构为基础,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的自适应容错异步融合算法。该算法以传感器的采样率为依据,建立分布式组合导航多尺度系统模型,在辅助信息突变时利用自适应渐消因子优化UKF动态调整增益矩阵、削弱故障信息对滤波精度的影响,使得多源导航系统更加稳定、容错性更高。仿真实验表明,提出的自适应容错UKF异步融合算法能更好地抑制滤波发散,提升导航系统的精度与可靠性,有效提高AUV的导航系统在回收对接过程中的稳定性与容错性。

基于VxBus模式的多串口卡驱动程序的设计

介绍了嵌入式操作系统VxWorks 6最新设备驱动模式VxBus的原理,分析了在该驱动模式下多串口扩展卡的驱动程序开发过程,设计并实现了基于共享中断的驱动程序。

SUT-H_∞滤波在纯方位跟踪中的应用

目前纯方位目标跟踪的滤波算法主要是UKF与EKF,它们都是最小均方差估计方法,其缺点是鲁棒性能差,易受观测噪声和目标不可观测的影响。为此提出了一种纯方位目标跟踪的鲁棒滤波算法。H∞滤波算法的准则是使由于最大的扰动引起的估计误差最小,因此其鲁棒性能好。由于修正坐标系纯方位跟踪的状态方程的非线性,采用了SUT(Scaled Unscented Transformation)线性化状态方程。通过把SUT和线性H∞滤波相结合,引出了SUT-H∞滤波算法。通过和UKF滤波算法对比,SUT-H∞滤波算法体现出了其良好的鲁棒性和稳定性。

SUT-H_∞滤波在修正极坐标系与直角坐标系中纯方位跟踪对比研究

提出了SUT-H∞滤波算法,在修正极坐标系和直角坐标系中基于纯方位信息对目标实施跟踪。区别于以往的最小均方差为准则的估计方法,SUT-H∞利用了线性H∞鲁棒滤波准则。采用SUT线性化极坐标系的状态方程和直角坐标系的观测方程,并将其与线性H∞鲁棒滤波相结合,分别在两种坐标系下推导出SUT-H∞滤波算法。通过对MATLAB仿真结果进行对比分析,修正坐标系下的SUT-H∞滤波的稳定性和精度要优于直角坐标系下的SUT-H∞滤波。

AUV自主对接回收动力定位控制系统设计与实现

针对自主水下机器人(AUV)数据上传困难、布放回收繁琐等问题,基于自主研发的“探海Ⅱ型”全驱动AUV,利用超短基线(USBL)、惯性导航系统、多普勒计程仪(DVL)、双目摄像机等装置设计全驱动AUV自主对接回收动力定位控制系统,通过动力定位控制器抵抗随机浪流扰动,实现水下精准对接回收。最终分别在校内拖曳水池及苏州某湖进行实验测试,完成AUV动力定位控制、自主对接等实验,且水下自主对接实验成功率超过90%,验证了该系统的有效性及可靠性。

弱通信条件下USV对AUV的自主跟踪控制研究

为实现弱通信条件下对AUV的无人跟踪,提出了一种利用USV自主跟踪AUV的方法.通过USV与AUV之间水声通信,USV导航单元计算目标航向角,确保USV达到目标AUV轨迹.为保证跟踪安全,USV与AUV之间的距离应保持一定,同时增加安全区设置,防止危险.将USV三自由度动力学方程进行解耦,分别设计速度跟踪和航向角跟踪控制器,并在速度跟踪控制中将安全距离同时作为控制目标.通过引入状态反馈实现闭环极点配置,保证距离、航向角和速度跟踪误差在USV输出能力下达到渐进稳定.针对水声通信中断期间AUV位置未知情况,通过动态滑动采样AUV历史轨迹,预测目标位置,达到继续跟踪的目的.仿真实验和湖上试验结果表明,USV应用本算法可在复杂的水声通信环境下实现对AUV持续、稳定的自动跟踪,效果令人满意.

海洋全景实时三维声学成像系统

站在中华民族伟大复兴的战略高度,国家提出了"海洋强国"战略思想.当前,无论是国防安全,还是经济发展,拓展海上生存空间,形势已经非常紧迫. 海洋探查是发展海洋经济、了解水下及海底情况、解决国际纠纷、保障国防安全的关键,是获取海洋渔业资源、海底矿业资源、海洋交通要道、海上战略通道等关键情报信息的重要环节,是完成海底地形图、海底地貌图、海底底质状况、海底地质状况等关键数据库的主要手段.