多无人水下航行器协同探测声呐宽带波形设计与性能分析

相比于空中的电磁波信号,水下的声波信号传播速度小、频率低,多普勒效应和窄带信号处理方法严重影响多无人水下航行器(multi-UUV)协同探测声呐对运动目标的探测性能。该文基于Costas序列和正交频分线性调频(OFD-LFM)波形,设计了离散频率编码非正交线性调频波形(DFCW-NOFD-LFM),并将该波形与二进制相移键控(BPSK)、离散频率编码波形(DFCW)等传统码分多址(CDMA)波形进行了性能比较。结果表明,所设计波形具有大多普勒容限、良好的自相关与互相关性能和优秀的抗混响能力,有望应用于多UUV协同探测声呐,以提高其运动目标探测性能。

一种基于目标声信息改进概率图的多UUV协同搜索方法

针对未知环境中多无人水下航行器(UUV)协同目标搜索问题,提出一种基于目标声信息改进概率图的多UUV协同搜索方法。建立了包含目标声场信息、UUV占用信息、目标存在概率及环境确定度的改进概率图,使UUV对动态搜索环境及目标信息的感知更加准确、全面;提出了一种基于学习机制和自适应参数调节机制的改进粒子群优化(PSO)算法,将基于线性种群规模减小和广泛学习机制的自适应差分进化算法的突变策略引入PSO算法,通过生成自适应调整参数的突变粒子,增加粒子多样性,在多UUV目标搜索应用中,减少了局部最优,提高搜索效率;设计开发了仿真程序,应用蒙特卡洛仿真方法验证分析了多UUV搜索效能。仿真结果表明,所提出的多UUV协同搜索方法与基于传统概率图的PSO搜索算法相比,同样条件下找到目标所花费的时间更少、找到的目标数量更多,对动态目标搜索具有较明显的优势。

基于领航者的多UUV协调编队滑模控制

针对多无人水下航行器(unmanned underwater vehicle,UUV)编队控制易受外界环境扰动的问题,本文提出一种基于领航者的鲁棒滑模编队控制方法。该方法采用滤波反步法设计控制器,使领航者跟踪期望路径。为了使跟随者能够更好地跟踪上领航者,利用领航者的位置与速度信息进行编队控制器设计,增加系统的鲁棒性的同时,分别对跟随者的纵向速度误差和横向速度误差进行了积分滑模面的设计。仿真结果表明:针对外界环境扰动及参数的不确定性,本文所提出的鲁棒性的滑模编队控制器是切实有效的。