AUV全局路径规划环境建模算法研究进展

AUV的路径规划算法是AUV最为核心的技术之一。本文在分析AUV自主巡航技术背景的基础上,综述针对海底环境的全局路径规划环境建模方法的研究现状,并比较栅格法、拓扑法和可视图法的优缺点;讨论了国内外学者在探索海流对AUV全局路径规划环境建模影响方面的研究进展。基于对AUV海流影响研究现状,展望了该领域的发展方向,并给出了2种考虑洋流影响的AUV全局路径规划环境建模算法。

AUV实时避障算法研究进展

针对目前在研究自主水下航行器(AUV)实时避障算法过程中出现的重点难点及研究趋势,文中从动态障碍物、多约束与多目标以及海流干扰3方面分析了水下实时避障算法的研究难点,然后从人工势场法、模糊逻辑法和智能仿生算法3个方面重点阐述水下实时避障算法的研究进展。对比3种避障算法的研究现状得知,通过修正势场函数、引入AUV运动约束、考虑障碍物相对速度和复杂海流影响等,使改进的人工势场法克服了陷阱问题、局部极小值和目标不可达等问题,成为解决AUV实时避障问题的重点研究方向。在躲避动态障碍物方面,多种避障算法融合将成为一种趋势;在多约束与多目标问题中,能耗问题尤为重要却很少被作为参数引入到避障算法中,具有很大的研究潜力;针对海流干扰问题,多数避障算法仅考虑了水平方向的定常流或涡流,因此考虑三维海流干扰也是未来水下实时避障算法的研究方向之一。

自主水下航行器的组合导航系统综述

由于GPS和无线电信号在水下严重衰减,因此以惯性导航为核心,加以其他辅助导航设备的组合导航系统正适用于自主水下航行器的使用环境。回顾了近年自主水下航行器组合导航的最新进展,为将自主水下航行器应用于军用和民用等领域的研究学者提供了参考。首先,总结了国内外近十年来自主水下航行器组合导航方法,如INS/APS组合导航、INS/GPS组合导航、INS/DVL组合导航、INS/地球物理组合导航和INS/SLAM组合导航;介绍了各种自主水下航行器组合导航系统的基本原理和关键技术问题的解决方案;总结对比了其优缺点和发展趋势;最后给出了未来自主水下无人航行器组合导航面临的挑战。

光纤水听器解调技术研究进展

光纤水听器是水声研究领域的关键技术,在实际应用中具有显著优势,广泛应用于AUV导航定位、资源勘探、海水警戒等场景。光纤水听器将声信号转化为光信号传播,在接收信号时就需要对光信号进行解调提取出声压信号。总结了几种常用的信号解调算法及关键技术,包括PGC解调法、 3×3耦合器解调法和外差解调法;介绍了各种解调算法的基本原理和改进技术;总结对比了各种算法的优缺点;最后给出了光纤水听器解调技术面临的挑战。

水下可见光通信关键技术综述

水下可见光通信(UVLC)作为水下无线通信技术的一个重要分支,在海洋环境监测与水下军事斗争等领域有着十分广泛的应用。文章首先简单介绍了UVLC的研究背景、意义及难点,接着从光学衰减建模、垂直信道建模与湍流信道建模3个角度对水下可见光信道建模技术进行综述,并调查了水下可见光不同调制技术相关的研究成果。由分析可知,一方面,UVLC在水平方向上的光学衰减建模趋于完善,目前还未建立准确且完整的水下可见光湍流与垂直信道模型;另一方面,强度调制在水下可见光调制技术中占据主流,相干调制则通常用于提高系统的可靠性。最后分别从构建UVLC网络和自适应调制编码的角度对未来UVLC可能的发展方向进行了论述。

基于梯度提升回归树的井下定位算法

为了提高井下定位系统的定位精度,提出了基于梯度提升回归树(gradient boost regression tree,GBRT)的井下定位算法。首先介绍了GBRT算法的实现过程,然后利用射线追踪算法模拟井下多径信号叠加后的接收信号强度(received signal strength,RSS)数据集,最后对比了GBRT、K最近邻(K-nearest neighbor,KNN)、随机森林(random forest,RF)、支持向量机(support vector machine,SVM)和神经网络多层感知器(multi-layer perceptron regressor,MLPR)算法的定位结果并对GBRT的定位结果进行5点平均滤波。实验结果表明,在100个点组成的行人轨迹定位中,GBRT算法的定位结果的均方误差为0. 381 m,明显优于其他四种算法,平滑滤波后的定位轨迹更加贴合真实轨迹。所提算法可以有效提高定位精度,可以满足井下定位系统的精度要求。

Research on underwater acoustic channel estimation and temperature factors based on FBMC

The complexity of underwater environment poses a challenge to underwater acoustic communication.In marine environment,different temperatures,depths and salinities would affect the performance of acoustic communication.The analysis of the underwater acoustic channel under the influence of temperature factors provides a reference for further study of the underwater acoustic channel estimation problem based on filter bank multi-carrier(FBMC).The FBMC based offset quadrature amplitude modulation(OQAM)technology(FBMC/OQAM)was introduced into the underwater acoustic communication.Based on FBMC,the underwater acoustic channel estimation technology was studied.By changing the pilot structure to adapt to the complex and variable underwater acoustic channel,the iterative method was used to obtain the channel information with higher accuracy and further improve the performance of channel estimation.Theoretical analysis and simulation results show that iterative channel estimation algorithm based on the new interference approximation method(IAM)pilot proposed in this paper has better performance in underwater acoustic channel.

基于反Q滤波的弹性波频散补偿算法分析与仿真

由于大地信道介质的影响,弹性波在大地信道中传播时会发生频散现象,从而导致信号频带展宽、码元重叠、分辨率降低等问题。研究和分析了经典反Q滤波频散补偿算法,并对算法的推理过程进行了数学推导。使用Matlab软件构造仿真频散信号,建立频散补偿仿真模型,对频散信号进行处理,得到补偿后的信号波形。从仿真结果可以发现各频散补偿算法能够有效地补偿信号频散,压缩信号带宽,校正相位畸变。对频散补偿算法的分析研究,可为频散补偿算法的进一步发展提供一定的参考。反Q滤波算法由于其计算复杂,且需要预先明确信道Q值,实现起来具有一定的难度,因此后续可向信道环境未知的情况下反Q滤波算法的实现发展。

煤层中槽波传播特性分析

建立了三维煤系地层模型,探讨了槽波的形成条件、吸收衰减模型和辐射衰减模型,分析了围岩横波速度、围岩密度及煤层厚度对接收槽波的影响。仿真结果表明,对称模型中槽波能量主要集中在煤层中,以煤层为中心呈对称分布,煤层与围岩分界面处槽波能量迅速衰减。随着传播距离的增大,激发出更高的频率分量,频谱展宽,幅值衰减。非对称模型中围岩速度不同使槽波频谱范围展宽,主频升高。随着煤层厚度的增加槽波主频越低,能量越集中在煤层中。围岩密度对槽波影响很小。