海洋環(huán)境下AUV目標跟蹤控制研究.pdf

1、近幾年來，隨著對海洋資源的開發(fā)和利用，自主水下航行器(AUV)的研究成為一個熱門的領域。一方面，它可以減少人類下潛的危險，完成一些人類不能完成的任務，另一方面它可以隨意地在海底暢游，獲得更多人類和儀器無法觀測的水下信息。目標跟蹤研究是AUV技術研究的熱點領域之一。本文針對AUV跟蹤水平面運動目標的問題，采用了李亞譜諾夫和反步法結合的設計思想，設計目標跟蹤控制器，以解決欠驅動AUV跟蹤水平面目標軌跡的控制問題。AUV目標跟蹤的研究，對于聲

2、納探測、水下作戰(zhàn)、海上安全作業(yè)及海洋開發(fā)等領域有著廣泛的應用價值。
　　 本論文主要從以下方面對AUV目標跟蹤問題進行了研究：
　　 首先，數學模型的建立，包括AUV運動建模、環(huán)境干擾模型和目標運動模型。AUV運動建模包括坐標系、AUV推進器模型和六自由度模型；環(huán)境干擾模型主要研究了海流模型；目標運動模型包括勻速(CV)模型、勻加速(CA)模型和聯(lián)合轉彎(CT)模型。
　　 其次，基于卡爾曼濾波理論對目標運動狀態(tài)

3、進行估計。首先討論了估計和濾波的基本理論；然后分別研究了卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波和變維(VD)卡爾曼濾波的原理與算法；最后基于以上三種不同的卡爾曼濾波算法，針對幾種不同的典型目標運動模型，對目標的運動狀態(tài)做出了估計仿真。
　　 再次，在欠驅動AUV模型的基礎上，設計目標跟蹤控制器。首先討論了目標跟蹤分類問題和約束條件；然后建立欠驅動AUV的運動學和動力學模型，并對目標運動軌跡進行規(guī)劃，計算出AUV跟蹤目標軌跡所需的參考速度；接