改进双向快速搜索随机树的无人艇路径规划

针对双向快速搜索随机树(bidirectional rapidly-exploring random tree, BI-RRT)算法在全局路径规划时存在搜索效率低、路径拐点较多等问题,提出一种改进BI-RRT的水面无人艇(unmanned surface vehicle, USV)全局路径规划算法。该算法采取了极度贪心的思想、高斯偏置随机点采样方法以及启发式的节点扩展策略,同时对节点扩展和搜索树连接进行角度约束,将生成的路径进行剪枝和3次B样条优化处理。结果表明,相对于改进前,改进的BI-RRT在平均时间、随机采样点和平均路径上分别减少了40.5%、65.0%和24.0%。改进后的算法时间、采样点和搜索树扩展大幅度减少,路径平滑度提高且路径更短。

无人水面艇自主回收中的导航定位技术分析

无人水面艇的布放回收长期以来都是依靠人工进行,是制约无人艇在实际工程广泛应用的重要因素之一。导航与定位技术是无人艇实现自主回收的关键,然而目前无人艇回收过程基本还采用人工遥控手段,保障要求高、智能化水平低。本文阐述了无人艇自主回收过程中导航定位技术的应用现状,介绍了无人艇回收各个阶段的导航过程,对其中涉及的关键技术进行分析,包括无人艇多源导航信息融合技术和近距离视觉相对定位技术,最后对无人艇自主回收中的导航定位技术进行总结与展望。

动力定位船舶鲁棒控制策略研究

针对模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)应用在动力定位上时,存在的参数整定困难问题,提出一种基于非线性干扰观测器的模糊MPC策略。该策略通过模糊控制算法实现模型参数自整定,并在此基础上设计了一种非线性干扰观测器用于估计未知的环境力,进一步提升控制系统鲁棒性从而实现对环境力的补偿。研究结果表明,相比于传统的MPC,该策略能够有效提升动力定位系统的控制精度达26.6%左右,且极大降低了模型参数整定的复杂性,对于动力定位船MPC算法的应用,具有一定参考价值。

改进速度障碍法的无人艇局部路径规划

针对传统速度障碍(velocity obstacles,VO)法进行局部路径规划时避碰路径长、避碰时间长以及忽略紧迫局面会遇中避让责任的约束等问题,提出一种适用于水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)的改进VO法。将四元船舶领域和碰撞威胁距离引入VO避碰时机的计算中,确定了避碰阈值;将最晚施舵距离作为碰撞危险局面过渡到紧迫局面的临界值,构建了紧迫局面模型;设计了USV避碰模型,并通过国际海上避碰规则(International Regulations for Collision Avoidance at Sea,GOLREGs)进行约束。比较分析了对遇、右交叉、左交叉和追越4种会遇的避碰仿真。仿真结果表明:改进的VO法平均路径缩短39.88%、平均时间减少44.26%,改进后的局部规划能够在保证安全避碰的条件下满足GOLREGs第8条和第13~17条的避让要求。

船舶惯性导航技术应用与展望

以惯性导航技术的发展历程为基础,结合相关文献资料,简述了各类惯性导航器件的工作原理,综合阐述了国内外船舶惯性导航技术的发展水平和应用概况,并对国内外发展应用情况进行了比较分析,对未来船舶惯性导航技术及其系统技术的发展进行了展望,对船舶惯性导航技术的发展方向提出了看法。

一种基于有限状态机模型的局部转向避碰路径规划算法

针对多礁石、渔船等障碍物的近海复杂环境下的一些应用,提出了一种基于有限状态机(finite-state machine,FSM)模型的无人船(unmanned surface vehicle,USV)局部转向避碰路径规划算法。首先,基于速度障碍法和障碍物区域分层方法,获取无人船固定航速条件下的航向角约束解析结果。然后,基于该约束条件及障碍物探测情况设计FSM的有限状态及执行动作和状态迁移条件,其中,通过转向控制实现向目标位点或缓冲位点进行导航的状态为FSM的2个重要状态。最终通过FSM的执行实现局部转向避碰路径规划。仿真结果表明提出的多障碍物避碰算法具有可行性和实用性。该方法易于改进和扩展,且容易与当前主流的无人船控制系统结合,有利于无人船避碰系统快速工程化的实现。

综合船桥系统研究综述

综合船桥系统是全船自动化的重要组成部分。本文首先阐述了综合船桥系统的发展 ,然后着重研究了该系统的组成、主要研究内容及研究方法 ,并指出了存在的问题 。

船岸协同支持下的内河船舶远程驾控系统关键技术研究

[目的]面向弯曲、狭窄、拥挤内河水道,提出一种船岸协同支持下基于CNN算法和知识模型的船舶远程驾控方法。[方法]在剖析船岸协同特点的基础上,以视觉模拟为核心实现环境自主感知,以深度强化学习为基础实现航行决策控制,构造由图像深度学习处理、航行态势认知、航线稳态控制等功能组成的人工智能系统。实现内河条件下运营船舶的远程控制与短时自主航行,开展内河集装箱船、渡船的远程驾控示范。[结果]示范航行中,系统可依据远程或船上指令替代人工控制船舶,控制循线误差小于20 m,并可自主避障。[结论]研究证实,通过卷积神经网络、强化学习、知识模型协作建立的人工智能系统,可自主提取关键航行信息、构造避障与控制意识,部分替代船员的工作,可为内河智能航运的进一步发展奠定基础。

船舶惯性导航系统圆概率误差可信度分析

为分析船舶惯性导航系统圆概率误差指标的可信度能否反映相应的置信度,在研究圆概率误差评定方法的基础上,对圆概率误差半径的可信度进行定义,并分别依据某型惯性导航系统的实测数据和统计分布数据对其进行仿真分析。仿真结果表明:根据实测数据计算的圆概率误差指标的可信度能够很好地反映相应的置信度,但是根据统计分布数据计算的可信度不能很好地反映相应的置信度。

一种适用于近极点地区的惯性导航算法

为克服游动方位惯性导航方法在近极点地区使用时难以区分游动方位角和经度值等缺陷,提出一种当船舶即将进入近极点地区时,将导航坐标系凝固(即位置矩阵保持不变),直到船舶离开近极点地区的近极点导航算法。该算法等效于假设地球弯曲半径无穷大或平面运动,这样近极点地区的导航将变成二维平面的导航。理论分析结果证明:所提出的方法能克服游动方位惯性导航的不足,且计算量小,可为近极点地区的船舶航行提供精确的导航定位信息,满足近极点地区船用惯性导航的定位精度需求。

综合舰桥SCADA系统设计

针对综合舰桥系统的主要研究内容——航行状态监测和主机监控,设计了综合舰桥数据采集与集中监视控制系统,介绍系统设计的关键技术,阐述其应用处理方法。应用结果表明:正确的异构网络的系统集成方案选择解决了导航设备和机舱传感器信息采集,处理和利用问题,是实现数据网络化的关键。

惯性导航平台罗经三级温控设计与应用

此文在分析惯性平台机械结构特点的基础上,提出一种采用全速加热+模糊控制+PID控制算法,对平台罗经实现三级温度控制方案,经实际试验表明控制方案可行,温度控制达到精度指标要求。

基于支持向量机的惯性导航初始对准

详细分析了支持向量机(SVM)在非线性函数逼近的原理,并把支持向量机的这种特性应用到惯性导航系统的初始对准过程。仿真结果表明,支持向量机用于惯导系统初始对准问题的有效性,既可以获得与卡尔曼滤波器相同的对准精度,又可提高系统的实时性。

无陀螺捷联惯性导航系统

结合国内外的研究文献,分析无陀螺捷联惯性导航系统(GFSINS)的导航和力学原理,介绍三种无陀螺惯性测量单元加速度计配置方案,分别就其典型配置重点分析,对该技术的未来研究方向进行展望。

虚拟城市场景的实现

虚拟城市场景的实现是虚拟城市设计的重要内容。本文描述了虚拟现实模型语言。同时,以VRML为平台采用制作实例的方式探讨了虚拟城市场景的建立。

基于边缘计算的植保机械自动导航系统的设计与实现

目前植保机械自动导航系统一般采用单片机或嵌入式微处理器作为中枢系统对作业平台进行行进控制,实时路径规划等复杂计算由云端辅助进行。为解决车载终端计算能力较低、云端通讯及响应速度较慢、导航系统整体扩展性较差的问题,设计了一种基于边缘计算(Edge Computing)的喷药植保机械自动导航系统。该系统集成边缘网络、无线传输、计算存储、导航应用等核心功能,通过近端服务,提高了自动导航系统对环境数据的感知及反馈效率。在自动导航的基础上,实现了轨迹动态调整与云端数据高速互联。高度集成的边缘计算平台不仅降低了导航系统各模块的耦合度,同时也为植保机械智能化的升级及功能扩展提供了基础。

多波束勘测中航向姿态系统研究

由于风、水流等因素的影响 ,使得用多波束测得的水深及水下地形存在误差 ,为此需要进行船姿补偿。文中介绍了利用 GPS进行姿态求解的方法 ,阐述了利用 GPS姿态、位置以及速度作为观测量进行 GPS/ SINS全状态组合的原理 ,叙述了基于 MEMS IMU的 GPS/ SINS组合系统的工程实现。实验结果表明 ,GPS/ SINS全状态组合能够提供较高精度的船体航偏角、横摇角、纵摇角以及位置、速度信息 。

模糊PD与PI控制切换的航线跟踪算法

为了改善复杂航迹跟踪过程动态及稳态控制性能指标,采用舵角反馈将整个过程分化为瞬态工作域和稳态工作域,分别采用模糊PD与PI控制器满足各工作域内的控制指标,全局控制器通过各局部控制器的模糊合成得到.根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据证明了闭环系统稳定条件,数值仿真对比实验表明所提出算法能够有效缩短过渡过程时间,同时保证了稳态精度.

船用捷联惯性导航系统仿真技术研究

该文提出船用捷联惯性导航系统仿真器的设计方案。针对船舶运动特点 ,根据船模的耐波性数据、惯性传感器的误差模型 ,可以模拟船舶受不同等级风浪扰动、采用不同种类的惯性传感器及配置方案时导航系统的输出 ,其实时输出信号可直接用来驱动船用导航滤波器或其它仿真器。

基于地球椭球体模型的航迹计算

通过对中分纬度概念的深入研究，给出一套地球椭球体上中分纬度（ ）和航迹计算的精确算式，进而给出其解算的工程数模，为高精度船舶自动化导航的发展提供理论模型。