面向地形勘察使命的多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制方法研究.pdf

1、海洋是具有發(fā)展?jié)摿Φ目臻g。然而,人類(lèi)并不適合于去探索水下環(huán)境。因此,自主水下航行器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AUV)被廣泛用于進(jìn)行水下探索。單個(gè)AUV可能難以勝任十分復(fù)雜的任務(wù),于是多AUV系統(tǒng)逐漸顯現(xiàn)出來(lái),通過(guò)建立合理的多AUV之間的協(xié)同機(jī)制,能夠改善單個(gè)AUV的功能缺陷,提高作業(yè)效率。利用多AUV系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行海洋開(kāi)發(fā),就必須要對(duì)海洋地形進(jìn)行勘察,而勘察的基礎(chǔ)也就是實(shí)現(xiàn)海洋勘察區(qū)域的全覆蓋,因此對(duì)于多AUV區(qū)域覆蓋控制方法的研究逐漸深入起來(lái)。
　

2、　通過(guò)多執(zhí)行多區(qū)域地形勘察任務(wù)可以實(shí)現(xiàn)較短時(shí)間內(nèi)較大范圍區(qū)域的探測(cè)與覆蓋的目標(biāo),提高了單AUV執(zhí)行區(qū)域覆蓋探測(cè)任務(wù)的效率,并可以應(yīng)用于大范圍水雷探測(cè)、海底資源或結(jié)構(gòu)物勘探等領(lǐng)域,已成為水下AUV技術(shù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。本文面向海底地形勘察使命研究多AUV群體協(xié)同區(qū)域覆蓋控制方法,重點(diǎn)研究了AUV局部路徑規(guī)劃、單AUV區(qū)域覆蓋控制、多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制等方法,并通過(guò)構(gòu)建三維協(xié)同仿真平臺(tái)驗(yàn)證所研究方法的有效性和可行性。
　　本文主要開(kāi)

3、展了以下方面的研究工作:
　　首先,開(kāi)展了面向AUV區(qū)域覆蓋的局部路徑規(guī)劃方法研究,建立了前視聲納的視域模型,用其進(jìn)行障礙物的探測(cè),通過(guò)對(duì)比粒子群、蟻群算法的優(yōu)缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種粒子群蟻群相融合的AUV局部路徑規(guī)劃算法,并在Qt平臺(tái)下完成粒子群規(guī)劃、蟻群規(guī)劃及融合規(guī)劃的仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
　　其次,針對(duì)部分已知環(huán)境下AUV區(qū)域覆蓋控制問(wèn)題,建立了AUV模型、探測(cè)區(qū)域地形模型以及外部干擾模型,給出了環(huán)境干擾下有效探測(cè)寬度的計(jì)算方法,

4、并設(shè)計(jì)了基于有效探測(cè)寬度計(jì)算的區(qū)域覆蓋控制方法。
　　再次,設(shè)計(jì)了多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋任務(wù)中的兩種角色,提出了動(dòng)態(tài)角色分配機(jī)制,并且詳細(xì)介紹了角色的定義以及相關(guān)模型,此方法將AUV分為掃描與覆蓋兩種角色,通過(guò)角色互換實(shí)現(xiàn)高效、協(xié)同區(qū)域覆蓋,通過(guò)對(duì)改進(jìn)前后的區(qū)域覆蓋控制方法的性能評(píng)價(jià)和Qt平臺(tái)下仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　最后,基于Creator建模和VegaPrime開(kāi)發(fā)軟件,構(gòu)建了多AUV協(xié)同區(qū)域覆蓋控制三維