科考型自主无人潜航器在极地的应用以及未来发展趋势

随着极地科考朝更广范围、更深空间、更多数据的方向发展,无人装备开始高频出现在各国的极地科考队中,帮助科研人员对极地环境形成更为全面和深刻的认知。自主无人潜航器(autonomous underwater vehicle, AUV)凭借其自主无人且功能全面的优点,在新世纪逐渐成为了极地水下科考不可或缺的装备,故有必要对应用在极地的科考型AUV进行梳理并分析其未来发展趋势。文中首先对AUV进行了基本的介绍;然后总结了全球范围内30次极地AUV任务,分析了AUV在极地的主要用途和优势;而后叙述了AUV在极地应用时所遇到的挑战,并结合这些挑战对适用于极地的科考型AUV发展趋势进行了展望;同时也对适配AUV等无人装备的新一代极地科考母船的设计提出了思考。

潜航器水声通信导航定位一体化技术进展

为了改善潜航器通信和导航定位作为独立载荷时在信息交互、带宽利用率、资源限制等方面的劣势,研究了基于水声的通信导航定位一体化技术。借鉴雷达一体化的发展历程;通过梳理水声通信导航定位一体化的研究成果,结合声呐应用背景,分析了声呐一体化的发展趋势;针对潜航器集群中的基础问题,研究了系统结构的一体化和信号体制2个关键点;最后,在潜航器多用户集群编队、水下测控和靶场建设2个方面进行了应用展望。通过分析阐述,可为未来声呐技术向集成化、一体化发展提供新方法和新思路。

基于正交移动双水下自主潜航器的水下合作目标定位方法

利用水下自主潜航器(AUV)定位是水下大区域静止目标定位主要方法之一。针对单AUV定位存在的定位周期长,定位覆盖区域低,长时间定位误差累积大的缺陷,该文提出一种基于正交运动的双AUV的静止目标定位方法。每个AUV通过自身携带的惯性导航系统(INS)和多普勒计程仪进行自身定位,并在多次运动过程中通过与静止目标间的通信时延差测量进行定位。该方法需要2个相对航向角呈90°的正交移动AUV通过最少2次与静止目标间通信完成次定位。相比于传统的单移动传感器定位方法,该算法需要的定位周期更短,对同步要求更低。实验结果表明,该方法定位精度有显著提高,同时有效定位区域增大,在长时间定位过程中对AUV位置误差影响更低。

水下自主潜航器集群协同围捕技术

水下自主潜航器(autonomous underwater vehicle,AUV)集群协作围捕技术是国际前沿的研究热点,研究了AUV集群水下协同围捕技术的应用,并归纳总结了5种典型的围捕场景;提出了一个全面的AUV集群协同围捕任务的系统框架,并基于该框架详细归纳分析了AUV围捕技术的研究进展,指出了一些有前景的研究方向.

国外潜航器水下隐蔽导航定位方法探析

针对潜航器自主惯性导航误差随时间不断增大的问题,研究了基于运载器、信标中继、海底固定基站的国外潜航器的典型导航定位方法。通过水声通信方式,运载器、信标中继站将其卫星精确定位数据发送至潜航器,或海底固定基站接收到潜航器发射唤醒信号后,量测相关信息并发至潜航器。潜航器被动接收水声通信数据,并对其进行综合处理,实现潜航器在水下隐蔽工作模式下对自身位置的实时修正,提高潜航器导航定位精度,具备较强的工程可实现性。

水下无人潜航器避障与导航仿真系统设计与应用

精确导航定位、有效探测和实时避障是水下无人潜航器执行远航程任务的基础。为了实现水下无人潜航器智能化功能的演示与验证,在研究组合导航模型和基于检测的动态避障策略的基础上,针对被仿对象的特点进行系统分析,提出了基于离散事件的多线程并发的仿真构架和模型组件化封装思路,设计了水下无人潜航器导航与避障仿真系统,划分功能模块,规划了仿真流程,面向不同作战想定实现水下无人潜航器数学仿真应用。试验结果表明,系统可以满足水下无人潜航器不同指标函数条件下导航与避障仿真演示验证需求。

国外无人潜航器技术发展热点分析

基于科学引文索引数据库及相关科技文献数据,分析国外军用无人潜航器技术的研究热点,着重研究无人潜航器技术军事应用重点解决的问题和对未来作战的影响。相关结果初步勾勒国外军用无人潜航器技术发展全貌,可为理清军用无人潜航器技术方向提供参考。

远程水下自主潜航器现状及关键技术研究

水下自主潜航器已经成为水下战争的重要组成力量,势必将在现代战争中发挥越来越重要的作用.立足现有水下自主潜航器发展现状,深入研究发展远程水下自主潜航器的关键技术,希望对我国远程水下自主潜航器的发展起到一定的借鉴作用.

自主式水下潜航器的多声呐测高策略分析

海底地形复杂多变,海底地形的匹配跟踪常采用自主式水下潜航器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)进行。为此,研究对比单声呐误差更小的三声呐地形跟踪策略,通过分析近海底地形的特性,采用彼此间相隔一定角度的三声呐地形感知系统,并对三个单波束声呐所测量的数据进行对比分析。由于AUV采用的是四桨无舵运动模型,研究姿态传感器所对应的姿态角俯仰角、航向角变化规律,结合地形特性,设计AUV航行高度指令的近海底地形跟踪策略。在Matlab/Simulink软件中对搭建的仿真模型进行仿真验证,对比单声呐和三声呐策略的优缺点,并在所得较合理的三声呐安装角度下,通过三声呐建模得出三种海底地形,通过地形建模得出仿真所需要的3种地形波形。

自主水下航行器协同控制研究现状与发展趋势

自主水下航行器(AUV)的协同控制作为海洋开发和多机器人系统之间的交叉领域,近几十年来越来越受到研究人员和工程师的关注。目前,AUV协同控制理论体系尚处于构建之中,相关研究正面临诸多亟待解决的难题。文中对多AUV协同控制问题中的编队控制、协同导航和定位、协同路径规划、任务分配以及目标围捕等研究进行了全面调研,同时分析了编队控制的网络架构、协同策略以及其面临的约束等问题。最后讨论了未来可能研究的相关方向,为在复杂的海洋应用场景中合理利用AUV来完成各种水下任务提供相关参考。

水下无人潜航器集群发展现状及关键技术综述

随着水下无人潜航器技术的发展和日渐成熟,单一水下无人潜航器已不能满足需求的发展,这就使多水下无人潜航器以集群的形式互相协作执行任务成为了水下无人潜航器发展的必然趋势。本文从军事领域和民用领域两方面介绍了国外主要水下无人潜航器集群项目,包括项目设立目标和发展情况;分析了水下无人潜航器集群的一些关键技术的国内外研究现状和发展趋势,主要包括集群智能控制、通信网络设计、任务规划、路径规划、编队控制和导航定位等方面;最后对水下无人潜航器集群系统发展做出展望。

未知洋流干扰下基于单领航者的多自主水下航行器协同导航

洋流估计问题是多自主水下航行器(AUV)协同导航方法中的难点之一。针对未知洋流情况,给出了1种基于单领航者的多AUV协同导航方法。通过设计主、从AUV间的机动轨迹,将从AUV的初始定位以及洋流干扰、测速误差的初始估计问题转化为非线性极小平方优化模型求解,提高了初始化精度;并进一步将洋流干扰等作为状态变量参与协同导航过程中的滤波,得到了对从AUV定位和洋流干扰的实时估计。仿真实例表明,该算法实现了对未知洋流的在线估计,具有良好的收敛性和定位精度。

自主水下航行器导航与定位技术

精确导航与定位对AUV执行水下作业任务的安全性和有效性至关重要。与陆地导航定位相比,由于全球卫星导航系统(GNSS)在水下不可用以及海洋环境的独特物理特性,水下导航定位更具挑战性。近年来用于AUV导航定位的传感器在性能和精度方面有了显著的提升,除此之外,同步定位与地图构建、协同定位算法的日益成熟极大的提升了AUV导航定位能力。文章列举了一些AUV常用导航定位技术,这些技术可用于实时确定AUV在水下的位置。

自主布放无人潜航器的无人水面艇研究

针对无人潜器自主布放技术问题,研究设计一种可自主布放无人潜器的无人水面艇系统。系统设计由艇体结构、自主布放、自主航行控制、岸基监控子系统组成。为了实现自主布放系统的安装控制需求,USV在艇体结构布局、能源供给和控制策略上做了优化设计。针对远距离长时间精准运送问题,设计了增益调度串级PID自整定自主控制方法实现自主航行控制。布放机构执行布放动作包括推出机体固定座、释放首部卡件、下摆、释放压紧机构、潜水器滑出、机体固定座收回。先后进行了多次试验,USV自主运送并成功自主布放了“海翼”水下滑翔机。

一种基于双圆域的AUV自主导航定位精度计数考核方法

导航定位精度是自主水下航行器(AUV)一项重要的技术指标。基于概率圆计数考核方法,取概率圆半径较小时,当AUV的导航精度远低于指标时不利于快速做出判定;而取较大时,当AUV导航系统存在较大的系统偏差仍有可能判定为合格。针对上述不足,该文根据AUV的基本轨迹及其航行轨迹测量的特点,提出了一种基于双圆域的AUV导航定位精度计数考核方法,通过研制方和用户方风险共担的原则合理调整2个圆域的半径,不仅可以在AUV实际导航定位精度远低于指标要求情况下进行快速判定,而且有助于降低导航系统的系统误差对考核的影响。仿真验证表明,该方法科学、合理,具有工程应用价值。

X舵水下潜航器改进滑模控制策略研究

针对具有4个独立方向舵的X舵水下潜航器的姿态控制问题,设计了一种滑模控制方法。通过改进滑模趋近律,调整运动点不同阶段趋近于滑模面的速度,有效缓解了滑模控制的抖振问题。对X方向舵舵力及控制效率矩阵进行了分析,建立X方向舵控制分配方法。通过仿真验证控制方法的有效性,与未改进滑模和PID控制方法相比,该方法在航向和俯仰控制更有效,且在路径跟踪过程中,方向舵控制输入平滑,可有效减轻滑模控制的抖振。

面向深海无人潜航器的导航系统设计与实现

为满足深海无人潜航器不同运动、工作状态对导航系统精度和低功耗的要求,以及进一步提高导航设备在深海环境中不确定因素影响下的适应性、可靠性,文章设计一种基于DSP+ARM双处理器的混合精度IMU导航定位系统。将低精度、低功耗的MEMS传感器与高精度、高功耗的光纤传感器通过模糊自适应状态切换算法在线切换两者的工作状态,以达到导航定位精度与功耗之间的最优平衡,并提高执行导航定位任务时的适应性和可靠性。车载试验表明,采用高、低精度IMU分时工作模式满足了系统在精度与功耗之间的平衡要求,在保证水下潜航器续航时间的同时,有效提高了导航系统精度和可靠性。

基于主从式水下自主航行器移动组网的合作目标定位方法

利用水下自主航行器(AUVs)协同编队可以在未知水域中实现对目标的定位。针对AUV导航误差导致定位精度降低问题,该文提出一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的多AUV编队融合观测协同目标定位算法。AUV编队由一个装备有高精度惯性导航系统(INS)的领航AUV以及多个装配有低精度INS的跟随AUV组成。从跟随AUV中选取参考AUV和待测AUV,通过设置定位周期和观测间隔来分别对其进行不同的观测。参考AUV作为中转,接收来自高精度AUV位置参数后,向待测AUV传递自身位置参数,利用扩展卡尔曼滤波器完成对AUV集群的协同位置修正。仿真结果表明,该方法AUV集群自身定位精度高且误差随时间积累小,对领航AUV数量需求少,能够实现水下目标低功耗、远距离定位。

无人作战平台导航装备分析及趋势

面向国内外目前大力发展水下无人潜航器、水面无人艇的背景,通过分析国外无人潜航器、水面无人艇的使命任务、技术状态和分级标准,提出国内无人潜航器、水面无人艇的分级设想和导航能力需求。结合典型无人平台导航装备配置情况进一步分析,构建国内无人作战平台导航装备配置谱系,为我国海军无人作战平台导航装备发展形成谱系化、阶梯化导航能力具有启示意义。

AUV海上GNSS数据质量分析与定位评估

水下自主航行器(AUV)逐渐走向智能化、自主化、模块化和多功能化,已得到越来越广泛的关注和发展,然而关于AUV在海上环境的GNSS数据质量和定位性能尚不清楚。基于2022年8月天津滨海新区塘沽海面实测AUV数据,从可见卫星数、信噪比、数据完整性、伪距噪声和多路径效应5个方面对AUV海上GNSS数据质量进行分析,并对定位性能进行评估。结果表明:AUV的GNSS数据质量主要受到海上风浪和多路径的影响,卫星信号频繁中断,数据完整性较低,伪距噪声和多路径效应显著。AUV海上RTK的固定率为76.6%,伪距单点定位水平方向有96.83%的误差分布在2 m之内。