基于視覺的小型水下航行器的控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、水下機器人是復(fù)雜海洋環(huán)境工作中的重要運載工具，隨著世界各國對海洋資源開發(fā)的日益重視，水下機器人在海洋礦產(chǎn)勘探、海底地形探測和深海基礎(chǔ)設(shè)施檢查等的應(yīng)用需求越來越大。而水下光視覺可以在水下機器人近距離觀測作業(yè)中提供更豐富的高分辨率信息，受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。因此開展基于視覺的小型水下航行器控制系統(tǒng)研究，對于提高水下機器人自主能力及智能化水平，具有重要地理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
　　在對水下航行器的光視覺目標(biāo)檢測方法研究中。首先

2、，針對水下圖像降質(zhì)問題，建立水下光傳播的衰減模型和水下成像系統(tǒng)模型，通過水介質(zhì)中光的衰減對顏色進行恢復(fù)的算法來復(fù)原圖像完成預(yù)處理工作;然后，采用基于HSV的自適應(yīng)彩色圖像分割方法來對水下目標(biāo)物體進行分割，并通過區(qū)域幾何形狀特征參數(shù)約束提取方法，最終實現(xiàn)對運動目標(biāo)區(qū)域的提取。最后，對動目標(biāo)跟蹤方法的研究中，采用基于Kalman預(yù)測器結(jié)合動態(tài)檢測窗口的目標(biāo)跟蹤算法，通過提取圖像中目標(biāo)質(zhì)心位置信息來實時對預(yù)測結(jié)果進行更新校正，并進行了水下航行

3、器動目標(biāo)跟蹤實驗研究，以驗證所用的目標(biāo)跟蹤方法的實時性和有效性。
　　在水下航行器光視覺目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對其控制系統(tǒng)進行研究和設(shè)計，首先，對控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及其通信總線進行了設(shè)計;然后，分別詳細設(shè)計了分布式系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)，包括主控計算機系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、推進器控制系統(tǒng)、電源管理與安全系統(tǒng)和傳感器信息采集系統(tǒng);并對控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，最終形成了由軟硬件系統(tǒng)組成的基于視覺的分布式控制系統(tǒng)。
　　在基于視覺的

4、控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)水下航行器的自主目標(biāo)跟蹤功能，對其運動控制系統(tǒng)進行了仿真研究。首先，本文對所設(shè)計的小型水下航行器的艇體結(jié)構(gòu)及各傳感器分布進行介紹;然后，對所研究的水下航行器的六自由度運動模型進行了分析，并解耦升沉和航向的動力學(xué)方程表達式;最后對解耦的航向子系統(tǒng)與升沉子系統(tǒng)的控制進行了設(shè)計與仿真，為后文的水下目標(biāo)識別跟蹤控制實驗做了理論上的鋪墊工作。
　　最后，對該小型水下航行器進行了大量的水池實驗，包括傳感器濾波實驗，深度